清华大学吴华强教授团队将在IEDM 2025上首次公开基于Hf₀.₅Zr₀.₅O₂ (HZO)的 2TnF铁电增益单元(Fe-GC)单片三维(Monolithic 3D, M3D)芯片技术。该结构由2个垂直晶体管和n个可堆叠HZO基铁电存储器组成，实现了并行操作。利用铁电薄膜在侧壁上构建的高密度多比特存储节点能够高效地对大规模Q矩阵进行一次性缓存。

铪基2TnF铁电存储器器件与电路协同优化实现了高吞吐量和低读出成本，通过最小化动态矩阵-向量乘法中的数据移动来提高效率。其存储单元与读写电路的协同设计支持对频繁访问的自注意力矩阵进行映射，从而实现对Transformer网络的加速，整体性能相较于传统平面DRAM架构提升13倍。

清华大学吴华强教授团队在Hf₀.₅Zr₀.₅O₂(HZO)铁电存储器研究中展现出极强的技术连续性与方向前瞻性。其2025年5月发表于ACS Applied Electronic Materials 的综述文章 “Review on Ferroelectricity and Atomic Characterization of Hf₀.₅Zr₀.₅O₂ in FeRAM”，系统梳理了HZO铁电薄膜的相变机理、极化行为、界面工程、原子尺度表征方法与可靠性等问题，奠定了材料到器件层面的系统认识框架。文章回顾了主要存储器公司与科研机构在该领域的研究热点，讨论了铁电存储器器件所面临的挑战，并提出了未来有前景的研究方向。

基于该综述中总结的关键物理规律与优化策略，团队迅速在今年IEDM发表的“High-Throughput Monolithic3D Multi-bit Vertical 2TnF Ferroelectric Gain Cells for Computing-in-Memory toAccelerate Attention Mechanism in Transformer” 中实现了材料—器件—架构层的跨越式集成创新。

清华大学团队以极高的执行速度与方向精准度，在短期内实现了从材料物理理解到实际AI加速芯片实现的跨越，标志着HZO铁电材料研究已从“基础特性探索阶段”进入“功能化系统级创新阶段”。这不仅展现了团队在跨层协同设计(Device–Circuit–Architecture Co-Optimization)方面的国际领先实力，也为未来的单片三维铁电计算芯片(Monolithic 3D Ferroelectric Computing Chips)奠定了坚实的研究基础。