由宾夕法尼亚州立大学的一名研究人员领导的一个多机构项目专注于开发一种集存储数据和执行计算于一体的半导体设备。该项目最近在三年内获得了200万美元的资金，作为新的国家科学基金会半导体未来(FuSe)计划的一部分，该计划投资4560万美元，通过美国各地的24个研究和教育项目来推进半导体技术和制造。

　　宾夕法尼亚州立大学工程学院工程科学和力学副教授、首席研究员萨塔什·达斯说:“这个项目的目标是支持半导体领域的创新，我们需要解决当前技术迅速接近极限的问题。”

　　微芯片技术对从智能手机到电动汽车等各种先进设备的计算和数据存储至关重要，其历史上的进步使晶体管容量大约每两年翻一番。这种现象被称为摩尔定律。然而，摩尔定律在大约十年前就停滞不前了，这受到了Das所说的主流材料和技术的固有局限性的限制。

　　根据达斯的说法，摩尔定律中的停滞只解释了晶体管变小的原因。

　　达斯说:“半导体架构的另一个主要问题是，你必须从存储器中获取数据，进行计算，然后把数据放回去。”“这种穿梭需要消耗大量电力。我们能在同一台设备上做到吗?”

　　达斯与宾夕法尼亚大学的材料工程教授Ritesh Agarwal和电气系统工程副教授Deep Jariwala合作。Agarwal和Jariwala开发了一种新的半导体材料，包括不同阶段的硒化铟，Das说他们认为这种材料可以在单个设备中弥合存储和计算之间的差距。

　　为了帮助解决基于这些新材料的晶体管如何适应现有技术的限制，他们聘请了耶鲁大学电子工程助理教授Priyadarshini Panda，他专门研究人工智能及其在整个系统中的应用——换句话说，如果团队开发出一种单一的多功能半导体设备，它将如何在系统层面与其他此类设备一起运行?

　　达斯是神经形态计算方面的专家，他说:“这不仅仅是材料或设备的问题，项目要想成功，每一部分都必须结合在一起。”达斯是人脑模型的工程计算元素方面的专家。“我们可以制造一个冠军设备，但如果它不适合一个系统，它就无法工作。这就是为什么我们需要这个拥有互补专业知识的完整团队。”

　　宾夕法尼亚大学研究小组开发的这种半导体材料是铁电材料，这意味着如果施加电压，它可以携带可以翻转的电荷。达斯说，一种材料同时具有铁电性和半导体性是很不寻常的。

　　达斯说:“铁电材料是偶极子，向上或向下指向，可以通过施加电压来改变——这是一种天然的两级存储设备。”他解释说，它可以与二进制代码相媲美，即作为现代计算底层架构的1和0。“铁电材料通常不能像半导体那样被门控或部分关闭，当你停止材料的导电性来控制信息或能量流动时。但这种铁电材料是半导体，所以它可以被门控。”

　　研究人员表示，他们计划使用这种材料开发一种新的二合一存储和计算设备，该设备可以在后端与标准硅芯片集成。Das说，这将有助于更快地实施，因为新设备可以与现有系统一起工作。这也将为开发和制造更多的神经形态计算设备奠定基础，这些设备模仿人类大脑的节能和独特的存储能力。

　　达斯说:“这种材料将使我们获得两个世界最好的东西:存储和计算。”“这打开了可能性，这就是我们对这个项目如此兴奋的原因。”

　　这笔资金还将支持四名学生(每名合作者一名)参与这个项目。

　　NSF主任Sethuraman Panchanathan在一份声明中表示:“我们的投资将有助于培养填补半导体行业关键空缺所需的下一代人才，并从中到下推动我们的经济增长。”“通过支持新颖的跨学科研究，我们将使半导体和微电子技术取得突破，并解决国家对可靠，安全的创新半导体技术，系统和专业人员供应的需求。”

　　Das还隶属于材料研究所和神经工程中心，并在材料科学与工程、电气工程和计算机科学方面担任职务。