清華團隊研制出新款憶阻器存算一體芯片

  ICC訊 “我們研發(fā)的這款存算一體芯片，展示出高適應性、高能效、高通用性、高準確率等特點，能有效強化智能設備在實際應用場景下的學習適應能力。”10日，清華大學集成電路學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習的新范式，為突破馮·諾依曼傳統(tǒng)計算架構下的能效、算力瓶頸提供了一種創(chuàng)新發(fā)展路徑?！?

  近日，清華大學集成電路學院教授吳華強、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、支持高效片上學習（機器學習能在硬件端直接完成）的憶阻器存算一體芯片。相關成果在線發(fā)表于最新一期《科學》。

  相同任務下，該款芯片實現(xiàn)片上學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用潛力。相關成果可應用于手機等智能終端設備，還可以應用于邊緣計算場景，比如汽車、機器人等。

  據(jù)介紹，當前，國際上的相關研究仍停留在憶阻器陣列層面的學習功能演示，全系統(tǒng)集成的憶阻器片上學習芯片仍未實現(xiàn)，主要在于傳統(tǒng)的反向傳播訓練算法所要求的高精度權重更新方式與憶阻器實際特性的適配性較差，導致大規(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，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—電路和器件的協(xié)同優(yōu)化?！眻F隊成員、清華大學集成電路學院博士后姚鵬說。