每經編輯｜黃(huang)勝    

想象一(yi)下，一(yi)枚芯片上集(ji)成(cheng)了(le)(le)記憶和計算的(de)(de)能力，在保護(hu)用戶隱私同時，還(huan)具備了(le)(le)類似(si)人腦的(de)(de)自(zi)主學(xue)習，能耗僅為(wei)先進工藝(yi)下專用集(ji)成(cheng)電路系(xi)統的(de)(de)1/35，聽(ting)起來是不是很神奇？

據清華大學公眾號10月9日消息，近期，清華大學集成電路學院教授吳華強、副教授高濱基于存算一體計算范式，研制出全球首顆全系統集成的、支持高效片上學習（機器學習能在硬件端直接完成）的憶阻器存算一體芯片，在支持片上學習的憶阻器存算一體芯片領域取得重大突破，有望促進人工智能、自動駕駛可穿戴設備等領域的發展。該研究成(cheng)果日前發表(biao)在《科學》上。

憶阻器(qi)存算一體學習芯片及(ji)測(ce)試系統 （圖片來源：清(qing)華(hua)大學）

記(ji)憶電(dian)阻器(qi)，是繼電(dian)阻、電(dian)容、電(dian)感之后(hou)的第四種(zhong)電(dian)路基本元件(jian)。它可以在(zai)斷電(dian)之后(hou)，仍能“記(ji)憶”電(dian)阻狀(zhuang)態，被當(dang)做(zuo)新型納米電(dian)子(zi)突觸器(qi)件(jian)。

面向傳統存(cun)算(suan)(suan)(suan)分離架構(gou)(gou)制(zhi)約算(suan)(suan)(suan)力提升的重大挑(tiao)戰(zhan)，吳華(hua)強、高濱聚焦(jiao)憶阻器(qi)存(cun)算(suan)(suan)(suan)一(yi)體技(ji)術(shu)(shu)(shu)研究，探索實(shi)現計算(suan)(suan)(suan)機系統新范式(shi)。憶阻器(qi)存(cun)算(suan)(suan)(suan)一(yi)體技(ji)術(shu)(shu)(shu)在底層(ceng)器(qi)件(jian)、電路架構(gou)(gou)和計算(suan)(suan)(suan)范式(shi)上(shang)全面顛覆了馮·諾依曼傳統計算(suan)(suan)(suan)架構(gou)(gou)，可實(shi)現算(suan)(suan)(suan)力和能效的跨越式(shi)提升，同時，該技(ji)術(shu)(shu)(shu)還可利用底層(ceng)器(qi)件(jian)的學習(xi)特性(xing)，支持(chi)實(shi)時片上(shang)學習(xi)，賦能基(ji)于本地學習(xi)的邊緣訓練新場景(jing)。

課題組基于存(cun)算(suan)一(yi)體(ti)計算(suan)范式，創(chuang)造性提出適配憶阻器存(cun)算(suan)一(yi)體(ti)實現高效片上(shang)學習(xi)的(de)新型通(tong)用算(suan)法和架構，通(tong)過算(suan)法、架構、集(ji)成方式的(de)全流(liu)程協同創(chuang)新，研制出全球首(shou)顆全系統集(ji)成的(de)、支持高效片上(shang)學習(xi)的(de)憶阻器存(cun)算(suan)一(yi)體(ti)芯(xin)片。

憶阻器(qi)芯片(pian)的研(yan)發(fa)面臨著技術挑戰(zhan)和工程挑戰(zhan)。

據了解，憶阻器芯片的研發涉及到材料科學、物理學、電子工程等多學科的前沿知識。在諸多技術難題中，首先要解決的是如何實現憶阻器件的大規模集成。通過大量實驗和理論研究，團隊提(ti)出(chu)了架構-電路-工(gong)藝協同優化(hua)方法，為存算一體系統的設計提(ti)供(gong)了指導。

有了大規模集成的工藝、關鍵的電路設計，如何克服底層多尺度非理想導致的誤差，集合成一個高效的系統芯片？在團隊老師(shi)和學生的共同努力下，研究提出(chu)STELLAR 架(jia)構，完成(cheng)(cheng)算法優化及仿真實(shi)驗(yan)，制備出(chu)全系統集成(cheng)(cheng)的高效存算一體學習芯(xin)片，實(shi)現速(su)度和能效的大幅提升(sheng)。

放眼未來，吳華強希望團隊的方案、技術能夠走出實驗室，切切實實推動科研成果轉化，致力服務國家所需、社會所需。

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封面圖片來源：清華大學