晶片技術再獲重大突破 陸清大發表全球首顆憶阻器存算一體晶片

清華大學積體電路學院吳華強教授、高濱副教授所共同發表憶阻器存算一體學習晶片及測試系統。（圖／清華大學）

近日大陸清華大學研究團隊發表顛覆傳統光刻技術的晶片製造方法後，清大另2名教授又在《科學》（Science）學術期刊上發表論文，宣佈在支援片上學習的憶阻器存算一體晶片領域取得重大突破，較先進工藝的專用積體電路效能提升75倍，能耗僅有1/35，有望促進人工智慧、自動駕駛可穿戴設備等領域的發展。

據北京清華大學在其微信公衆號指出，這項新的技術成果是由清華大學積體電路學院吳華強教授、高濱副教授所共同發表，它是在清大唐傳祥教授發表取代傳統光刻機光源技術的《穩態微聚束加速器光源》後的又一項晶片技術重大突破。

《芯智訊》報導說，經過11年持續研究，從憶阻器件到原型晶片再到系統集成，錢鶴、吳華強團隊協同攻關AI算力瓶頸難題，攻克「卡脖子」關鍵核心技術，成果涉及憶阻器集成晶片、存算一體系統、ADAM演算法加速器等等，有望促進人工智慧、自動駕駛可穿戴設備等領域的發展。

多個憶阻器陣列晶片協同工作示意圖。（圖／芯智訊）

報導指出，記憶電阻器（Memristor），是繼電阻、電容、電感之後的第4種電路基本元件。它可以在斷電之後，仍能「記憶」通過的電荷，被當做新型奈米電子突觸器件。

早在1946年，「電腦之父」紐曼（John von Neumann）提出並定義了電腦架構，由記憶體和處理器分別完成資料存儲和計算。但是，隨着人工智慧等應用對資料存儲和計算需求的不斷提升，資料來回搬運處理，耗時長，功耗大，還可能存在數據傳輸堵塞的風險。

大陸清華大學積體電路學院吳華強、高濱研究團隊。（圖／清華大學）

2012年，錢鶴、吳華強團隊開始研究用憶阻器來做存儲，2年後清華大學與中科院微電子所、北京大學等單位合作，優化憶阻器的器件工藝，製備出高性能憶阻器陣列，成爲中國實現憶阻器陣列大規模集成的重要基礎。

2020年，研究團隊基於多陣列憶阻器，搭建了一個全硬體構成的完整存算一體系統，實現了以更小的功耗和更低的硬體成本完成複雜的計算。該架構如同「在家辦公」的新型工作模式，徹底消除了往返通勤的能量消耗，避免了員工往返時間延遲，更節約公場所的運營成本，在邊緣計算和雲計算中有廣泛的應用前景。

報導說，錢鶴、吳華強帶領團隊創新設計出適用於憶阻器存算一體的高效片上學習的新型通用演算法和架構（STELLAR），研製出全球首顆全系統集成的、支援高效片上學習的憶阻器存算一體晶片。相同任務下，該晶片實現片上學習的能耗僅爲先進工藝下專用積體電路（ASIC）系統的1/35，同時有望實現75倍的能效提升。