北大团队在福州实现后摩尔新器件突破

福州科研力量关注前沿突破：北大团队实现后摩尔时代多物理域傅里叶变换系统

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1月9日，国际顶级期刊《自然·电子》在线刊发北京大学人工智能研究院陶耀宇研究员与集成电路学院杨玉超教授联合团队的最新成果——全球首个基于后摩尔新器件异质集成的多物理域融合傅里叶变换系统。该研究于1月12日由人民网北京频道报道，引发包括福建高校及半导体产业界广泛关注。

当前，传统硅基芯片正逼近物理极限，“摩尔定律”持续放缓。以忆阻器、光电神经形态器件为代表的“后摩尔新器件”，虽被寄予突破算力与能效瓶颈的厚望，却普遍存在支持算子类型单一、难以适配多样化现实任务的短板。

针对这一关键难题，北大团队另辟路径，首次在系统级层面完成易失性氧化钒器件与非易失性氧化钽/铪器件的异构集成。二者分别擅长高频振荡调控与存算一体执行，优势互补，共同支撑起同一硬件平台上可变基数、均匀或非均匀离散傅里叶变换的统一实现。实测数据显示：计算吞吐率突破504.3 GS/s，较现有最快硅基方案提升近4倍；精度达99.2%；能效提升高达96.98倍；同时大幅降低存储与互连资源占用。

尤为值得关注的是，该系统不再依赖传统“算法→逻辑电路→晶体管开关”的逐层映射路径，而是将傅里叶变换的计算逻辑直接锚定于器件本征物理行为——利用氧化物材料的导电相变特性与自激振荡频谱响应，在电流域、电压域、频率域、时间域等多物理维度协同演化中自然完成运算。这标志着硬件计算范式从“算法驱动”迈向“物理驱动”的实质性跨越，为福州乃至福建正在加速布局的AI芯片、边缘智能终端等新兴产业提供了底层技术参照。

论文共同第一作者、北京大学集成电路学院蔡磊博士指出：“我们构建的异构电路架构，首次释放了后摩尔器件在多物理域协同计算中的原生潜力。不同算子可在其最适配的物理域内高效执行，从而面向具身智能、脑机接口等真实场景所需的全谱系计算需求，确立了一种全新的异构计算范式。”

在应用层面，该技术对端侧高并发、低延迟、多模态信号处理具有显著优势。例如，在乒乓球机器人实时视觉-运动协同控制中，传统架构受限于功耗与算力密度，难以同步完成图像FFT分析、轨迹预测与动作反馈；而本系统有望在毫瓦级功耗下支撑全流程闭环计算。类似地，在福建多家医院合作推进的便携式脑电信号监测设备研发中，该技术亦可大幅降低生理信号处理能耗，减少患者因电池续航不足导致的重复植入手术风险。

通讯作者、北京大学集成电路学院杨玉超教授强调：“这项工作核心在于拓展后摩尔器件的算子表达能力。它不仅服务于前沿科研，更直指具身智能落地、实时脑机交互、工业边缘感知等亟需低延迟、低功耗信号处理的实际场景，也为福州打造东南沿海人工智能硬件创新高地注入关键技术动能。”

(责编：赵竹青、吕骞)