您当前浏览器版本过低,为了不影响您的使用,建议您使用最新的谷歌浏览器、火狐浏览器、 360浏览器,更换浏览器后使用更流畅!(注意!双核浏览器请切换为极速模式)
400-607-9388

芯片新突破!清华大学再发Nature!

2023-11-09
3465

1965年,英特尔创始人之一戈登·摩尔提出影响芯片行业半个多世纪的“摩尔定律”:预言每隔约两年,集成电路可容纳的晶体管数目便增加一倍。半导体领域按摩尔定律繁荣发展了数十年,“芯片”,成为人类迈入智能时代的重要引擎。


然而随着晶体管尺寸接近物理极限,近十年内摩尔定律已放缓甚至面临失效。如何构建新一代计算架构,建立人工智能时代的芯片“新”秩序,成为国际高度关注的前沿热点。


针对这一难题,清华大学电子工程系(方璐副教授、乔飞副研究员)与自动化系(戴琼海院士、吴嘉敏助理教授)联合攻关,于10月26日在《自然》杂志发表长文,提出了一种“挣脱”摩尔定律的全新计算架构:光电模拟芯片,算力达到目前高性能商用芯片的三千余倍。


论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06558-8


如果用交通工具的时间来类比芯片中信息流计算的时间,那么这枚芯片的出现,相当于将八小时的京广高铁缩短到了8秒钟。


以“光速”计算


2023年诺贝尔物理学奖,授予了阿秒激光技术。作为人类已知的宇宙中最快速度之一,许多超高速物理领域,都少不了光的身影。

然而科学家们用光来做计算,并不是一件容易的事。当计算载体从电变为光,就需要利用光传播中携带的信息进行计算。数年来海内外知名团队相继提出多种设计,但要替代现有电子器件实现系统级应用,仍面临许多国际难题:

一是如何在一枚芯片上集成大规模的计算单元,且约束误差累计程度;

二是实现高速高效的片上非线性;

三是为兼容目前以电子信号为主体的信息社会,如何提供光计算与电子信号计算的高效接口。

如果不能解决这几个问题,光计算就难以真正替代当前的电子芯片,在信息社会大展身手。

突破关键“瓶颈”的小小芯片


在清华大学的实验室内,我们见到了这枚光电融合芯片,肉眼几不可查的结构上泛着美丽的光泽。

这枚小小的芯片中,清华大学攻关团队创造性地提出了光电深度融合的计算框架。从最本质的物理原理出发,结合了基于电磁波空间传播的光计算,与基于基尔霍夫定律的纯模拟电子计算,“挣脱”传统芯片架构中数据转换速度、精度与功耗相互制约的物理瓶颈,在一枚芯片上突破大规模计算单元集成、高效非线性、高速光电接口三个国际难题。

实测表现下,光电融合芯片的系统级算力较现有的高性能芯片架构提升了数千倍。

然而,如此惊人的算力,还只是这枚芯片诸多优势的其中之一。

在研发团队演示的智能视觉任务和交通场景计算中,光电融合芯片的系统级能效(单位能量可进行的运算数),实测达到了74.8 Peta-OPS/W,是现有高性能芯片的四百万余倍。形象来说,原本供现有芯片工作一小时的电量,可供它工作五百多年。

目前限制芯片集成极限的一个关键因素,就是过高密度带来的散热难题。而在超低功耗下运行的光电融合芯片将有助于大幅度改善芯片发热问题,对芯片的未来设计带来全方位突破。

更进一步,该芯片光学部分的加工最小线宽仅采用百纳米级,而电路部分仅采用180nm CMOS工艺,已取得比7nm制程的高性能芯片多个数量级的性能提升。同时所使用的材料简单易得,造价仅为后者的几十分之一。可以预见随着我国芯片加工技术不断提升,更多新材料加入的未来,本文所展示的还只是这种颠覆性架构潜力的冰山一角。

“未来计算机”还有多远?


著名科幻电影《流浪地球》中,人工智能系统Moss仅几秒钟便可遍历所有拯救地球的方案。然而在清华大学提出的超高性能光电芯片下,“未来计算机”的诞生似乎已不再遥远。

光电融合的新型架构,不仅开辟出这项未来技术通往日常生活的一条新路径,还对量子计算、存内计算等其他未来高效能技术与当前电子信息系统的融合,深有启发。

论文通讯作者之一,清华大学戴琼海院士向我们介绍道:“开发出人工智能时代的全新计算架构是一座高峰,而将新架构真正落地到现实生活,解决国计民生的重大需求,是更重要的攻关,也是我们的责任。”《自然》杂志特邀发表的该研究专题评述也指出,“或许这枚芯片的出现,会让新一代计算架构,比预想中早得多地进入日常生活”。

该课题受到科技部2030“新一代人工智能”重大项目,国家自然科学基金委杰青项目、 “后摩尔时代新器件基础研究重大研究计划”重点项目,清华大学--宁夏银川水联网数字治水联合研究院专项统筹重点项目,每刻深思智能科技(北京)有限责任公司低功耗芯片技术研发平台等支持。

来源:清华大学戴琼海团队


已收藏 0
点赞 3

学术会议

第七届人文教育与社会科学国际学术会议(ICHESS 2024)将于10月11日-13日在北京市召开。本次会议主要围绕相关主题展开广泛深入的研讨,旨在为相关领域的专家学者及企业发展人提供交流平台。
2024-10-11
第七届机械、控制与计算机工程国际学术会议(ICMCCE 2024)将于2024年10月25-27日在杭州举行。本次会议由巢湖学院主办,AEIC学术交流中心承办,欢迎各位专家学者参会投稿。
2024-10-25
第五届计算机工程与智能控制学术会议(ICCEIC 2024)将于2024年10月11日至13日在广州举办,聚焦计算机工程与智能控制前沿,涵盖网络安全、硬件系统、软件工程、嵌入式创新等多个核心议题及交叉
2024-10-11
第八届电子信息技术与计算机工程国际学术会议(EITCE 2024)
2024-10-18
第五届机器学习与计算机应用国际学术会议(ICMLCA 2024)定于2024年10月18-20日在中国杭州隆重举行。本届会议将主要关注机器学习和计算机应用面临的新的挑战问题和研究方向,着力反映国际机器
2024-10-18
混凝土,流体力学,3D打印,土木,工程,材料,结构,地震,结构抗震,钢结构,桥梁,桥隧,公路,工程结构,力学,检测,算法,建筑,水利,监测,改造,施工,可持续,生态,建模,模型,地基,剪力墙,技术
2024-10-25
相关资讯

重磅!中科大、清华大学创造纪录!

记者从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟、张强等与清华大学王向斌、济南量子技术研究院刘洋、中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星、张伟君等合作,通过发展低串扰相位参考信号控制、极低噪声单光子探测器等技术,实现了光纤中1002公里点对点远距离量子密钥分发,不仅创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录,也提供了城际量子通信高速率主干链路的方案。

45697

20

2023-05-31

985高校,突破半世纪极限!

据西北工业大学官微消息,日前,西北工业大学空天微纳系统创新团队在飞行器减阻方面取得突破性进展。该团队通过模仿我国库姆塔格沙漠特有的舌状分形沙垄结构,设计出仿沙垄舌形多层分形减阻微纳结构。该结构减阻率较之前国际报道的最好水平提高了52%,减阻风向摄动角度从35°增加到了60°,减阻性能已突破半世纪以来小肋气动减阻技术性能极限。

45377

25

2023-04-04

突破!中山大学宋尔卫团队再发高水平期刊!

中山大学罗曼莉、宋尔卫共同通讯在Advanced Science在线发表研究论文

4221

4

2024-09-20

中科院化学所90后研究员/独立PI,最新Nature!

有关一种前所未有的分子聚集体相的研究论文发表在Nature上

5000

4

2024-09-19

打破校史!双非师范学院登Science!

琼台师范学院理学院团队在《Science》发布期刊

4933

4

2024-09-19

中山大学团队发Molecular Cell,免疫学领域最新发现!

中山大学郭剑平,程超及卜浪共同在Molecular Cell 发表免疫学领域最新发现研究论文!

3912

4

2024-09-14