我國(guó)研發(fā)出首個(gè)碳納米管張量處理器芯片

  ICC訊  北京大學(xué)官方網(wǎng)站獲悉，近日，該?？蒲袌F(tuán)隊(duì)在下一代芯片技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，成功研發(fā)出世界首個(gè)基于碳納米管的張量處理器芯片，可實(shí)現(xiàn)高能效的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算。

  隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是ChatGPT等大模型應(yīng)用的崛起，未來(lái)世界的數(shù)據(jù)將呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，海量數(shù)據(jù)的處理對(duì)芯片的算力和能量效率提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。然而，高能效計(jì)算芯片的發(fā)展正遭遇芯片架構(gòu)、晶體管性能兩個(gè)重大瓶頸：傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足高速、高帶寬的數(shù)據(jù)搬運(yùn)和處理需求，未來(lái)的高能效運(yùn)算芯片必須在硬件架構(gòu)上進(jìn)行革新，以適用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型的張量數(shù)據(jù)運(yùn)算。同時(shí)，構(gòu)建芯片的硅基互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管也處于尺寸縮減、功耗劇增的困境，亟須發(fā)展超薄、高載流子遷移率的半導(dǎo)體作為溝道材料，期望構(gòu)建比硅基CMOS晶體管具有更好可縮減性和更高性能的晶體管。

  碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)特性和超薄結(jié)構(gòu)，碳納米管晶體管已經(jīng)展現(xiàn)出超越商用硅基晶體管的性能和功耗潛力，因此有望成為構(gòu)建未來(lái)高效能運(yùn)算芯片的主要器件技術(shù)。只有在系統(tǒng)架構(gòu)和底層晶體管兩個(gè)方面共同實(shí)現(xiàn)突破，才能最大化地提升芯片的算力和能效。目前成熟的硅基器件技術(shù)的運(yùn)算芯片主要依賴(lài)于架構(gòu)的創(chuàng)新，而基于新材料電子器件的研究，主要集中在提升晶體管的性能，尚未有研究工作將二者結(jié)合起來(lái)。

  北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)基于碳納米管晶體管這一新型器件技術(shù)，結(jié)合高效的脈動(dòng)陣列架構(gòu)設(shè)計(jì)，成功制備了世界首個(gè)碳納米管基的張量處理器芯片。該芯片采用新型器件工藝和脈動(dòng)陣列架構(gòu)，將3000個(gè)碳納米管晶體管集成為張量處理器芯片，將碳基電子學(xué)從器件研究推向系統(tǒng)演示，顯著提升卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算效率，功耗極低，且準(zhǔn)確率達(dá)到88%。此外，碳基晶體管展現(xiàn)出比硅基CMOS晶體管更優(yōu)的速度、功耗等綜合優(yōu)勢(shì)，碳基張量處理器在180納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)具有3倍性能優(yōu)勢(shì)，并有延續(xù)至先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的潛力，有望滿(mǎn)足人工智能時(shí)代對(duì)高性能、高能效芯片的需求。