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      清華團隊研制出新款憶阻器存算一體芯片

      2023-10-11 21:49:35

      來源:科技日報

      科技日報北京10月10日電 (記者華凌)“我們研發(fā)的這款存算一體芯片,展示出高適應(yīng)性、高能效、高通用性、高準確率等特點,能有效強化智能設(shè)備在實際應(yīng)用場景下的學(xué)習適應(yīng)能力。”10日,清華大學(xué)集成電路學(xué)院副教授高濱接受記者采訪時表示,“該款芯片揭示了人工智能時代下邊緣學(xué)習的新范式,為突破馮·諾依曼傳統(tǒng)計算架構(gòu)下的能效、算力瓶頸提供了一種創(chuàng)新發(fā)展路徑。”

      近日,清華大學(xué)集成電路學(xué)院教授吳華強、副教授高濱基于存算一體計算范式,研制出全球首款全系統(tǒng)集成、支持高效片上學(xué)習(機器學(xué)習能在硬件端直接完成)的憶阻器存算一體芯片。相關(guān)成果在線發(fā)表于最新一期《科學(xué)》。

      相同任務(wù)下,該款芯片實現(xiàn)片上學(xué)習的能耗僅為先進工藝下專用集成電路系統(tǒng)的3%,展現(xiàn)出卓越的能效優(yōu)勢,具有滿足人工智能時代高算力需求的應(yīng)用潛力。相關(guān)成果可應(yīng)用于手機等智能終端設(shè)備,還可以應(yīng)用于邊緣計算場景,比如汽車、機器人等。

      據(jù)介紹,當前,國際上的相關(guān)研究仍停留在憶阻器陣列層面的學(xué)習功能演示,全系統(tǒng)集成的憶阻器片上學(xué)習芯片仍未實現(xiàn),主要在于傳統(tǒng)的反向傳播訓(xùn)練算法所要求的高精度權(quán)重更新方式與憶阻器實際特性的適配性較差,導(dǎo)致大規(guī)模集成下的系統(tǒng)精度和能耗出現(xiàn)瓶頸。

      突破傳統(tǒng)存算分離架構(gòu)對算力提升的制約,實現(xiàn)低能耗、高精度的全系統(tǒng)集成憶阻器存算一體片上學(xué)習芯片,要攻克哪些難點?

      “這是課題組多年積累最終取得的突破。研發(fā)過程中的難點主要體現(xiàn)在:首先需要解決憶阻器大規(guī)模集成問題,我們不僅優(yōu)化了器件材料和架構(gòu),改善了器件特性,還開發(fā)了大規(guī)模集成制程;其次需要解決底層硬件多物理尺度的非理想特性,以提升精度,比如器件的非線性、非對稱,陣列的寄生,電路的噪聲等;最后,要實現(xiàn)高效的硬件系統(tǒng),需要算法—架構(gòu)—電路和器件的協(xié)同優(yōu)化。”團隊成員、清華大學(xué)集成電路學(xué)院博士后姚鵬說。

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