清華大學在憶阻器存算一體晶片領域獲突破

想像一下，一枚晶片上整合了記憶和計算的能力，在保護用戶隱私同時，還具備了類似人腦的自主學習，能耗僅為先進工藝下專用積體電路系統的1/35，聽起來是不是很神奇？

近期，清華大學積體電路學院教授吳華強、副教授高濱基於存算一體計算範式，研製出全球首顆全系統整合的、支援高效片上學習（機器學習能在硬體端直接完成）的憶阻器存算一體晶片，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，有望促進人工智慧、自動駕駛可穿戴設備等領域的發展。該研究成果日前發表在《科學》上。

早在1946年，“電腦之父”馮·諾依曼提出並定義了電腦架構，採用二進位的編碼，由記憶體和處理器分別完成數據存儲和計算。但是，隨著人工智慧等應用對數據存儲和計算需求的不斷提升，存算一體的需求變得日益迫切。

記憶電阻器，是繼電阻、電容、電感之後的第四種電路基本元件。它可以在斷電之後，仍能“記憶”電阻狀態，被當做新型奈米電子突觸器件。

面向傳統存算分離架構制約算力提升的重大挑戰，吳華強、高濱聚焦憶阻器存算一體技術研究，探索實現電腦系統新範式。憶阻器存算一體技術在底層器件、電路架構和計算範式上全面顛覆了馮·諾依曼傳統計算架構，可實現算力和能效的跨越式提升，同時，該技術還可利用底層器件的學習特性，支援實時片上學習，賦能基於本地學習的邊緣訓練新場景。

課題組基於存算一體計算範式，創造性提出適配憶阻器存算一體實現高效片上學習的新型通用演算法和架構，通過演算法、架構、整合方式的全流程協同創新，研製出全球首顆全系統整合的、支援高效片上學習的憶阻器存算一體晶片。

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