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據(jù)清華大學(xué)公眾號(hào)10月9日消息，近期，清華大學(xué)集成電路學(xué)院教授吳華強(qiáng)、副教授高濱基于存算一體計(jì)算范式，研制出全球首顆全系統(tǒng)集成的、支持高效片上學(xué)習(xí)（機(jī)器學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)的憶阻器存算一體芯片領(lǐng)域取得重大突破，有望促進(jìn)人工智能、自動(dòng)駕駛可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的發(fā)展。該研究成果日前發(fā)表在《科學(xué)》上。

以下內(nèi)容整理自清華大學(xué)公眾號(hào)：

自1946年以來(lái)，“計(jì)算機(jī)之父”馮·諾依曼提出并定義了計(jì)算機(jī)架構(gòu)，該架構(gòu)使用二進(jìn)制編碼，并由存儲(chǔ)器和處理器分別執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算。

然而，隨著人工智能和其他應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算需求的不斷增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)來(lái)回“搬運(yùn)”處理時(shí)間長(zhǎng)、功耗大，甚至可能導(dǎo)致“交通堵塞”。

2012年，錢(qián)鶴和吳華強(qiáng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究使用憶阻器進(jìn)行存儲(chǔ)。由于當(dāng)時(shí)憶阻器的材料器件優(yōu)化和集成工藝尚不成熟，該團(tuán)隊(duì)只能自行在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行探索。他們經(jīng)歷了多次失敗的實(shí)驗(yàn)，逐漸提高了器件的一致性和良率。

兩年后，清華大學(xué)與中科院微電子所、北京大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作，優(yōu)化了憶阻器的器件工藝，制備出了高性能的憶阻器陣列，為我國(guó)率先實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成憶阻器陣列奠定了重要基礎(chǔ)。

在2020年，錢(qián)鶴和吳華強(qiáng)團(tuán)隊(duì)基于多個(gè)憶阻器陣列，構(gòu)建了一個(gè)全硬件構(gòu)成的完整存算一體系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，他們高效地運(yùn)行了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，并成功地驗(yàn)證了圖像識(shí)別功能。與圖形處理器芯片相比，這個(gè)系統(tǒng)的能效高出了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，大幅度提升了計(jì)算設(shè)備的算力，實(shí)現(xiàn)了以更低的功耗和硬件成本完成復(fù)雜的計(jì)算。

存算一體架構(gòu)的工作原理類(lèi)似于“在家辦公”的新型工作模式。它徹底消除了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰肯模苊饬藭r(shí)間延遲，并大大節(jié)約了辦公場(chǎng)所的運(yùn)營(yíng)成本。在邊緣計(jì)算和云計(jì)算中，這種架構(gòu)具有廣泛的應(yīng)用前景。