近日，清華大學(xué)集成電路學(xué)院教授吳華強(qiáng)、副教授高濱團(tuán)隊(duì)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)域發(fā)展。相關(guān)成果在線發(fā)表于最新一期的《科學(xué)》。
清華大學(xué)供圖
當(dāng)前國(guó)際上的相關(guān)研究主要集中在憶阻器陣列層面的學(xué)習(xí)功能演示，然而實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)集成的、支持高效片上學(xué)習(xí)的憶阻器芯片仍面臨較大挑戰(zhàn)，至今尚未實(shí)現(xiàn)，主要在于傳統(tǒng)的反向傳播訓(xùn)練算法所要求的高精度權(quán)重更新方式與憶阻器實(shí)際特性的適配性較差。
據(jù)了解，面向傳統(tǒng)存算分離架構(gòu)制約算力提升的重大挑戰(zhàn)，吳華強(qiáng)、高濱創(chuàng)造性提出適配憶阻器存算一體，實(shí)現(xiàn)高效片上學(xué)習(xí)的新型通用算法和架構(gòu)（STELLAR），有效實(shí)現(xiàn)大規(guī)模模擬型憶阻器陣列與CMOS的單片三維集成，通過(guò)算法、架構(gòu)、集成方式的全流程協(xié)同創(chuàng)新，研制出全球首顆全系統(tǒng)集成的、支持高效片上學(xué)習(xí)的憶阻器存算一體芯片。
該芯片包含支持完整片上學(xué)習(xí)所必需的全部電路模塊，成功完成圖像分類、語(yǔ)音識(shí)別和控制任務(wù)等多種片上增量學(xué)習(xí)功能驗(yàn)證，展示出高適應(yīng)性、高能效、高通用性、高準(zhǔn)確率等特點(diǎn)，有效強(qiáng)化智能設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的學(xué)習(xí)適應(yīng)能力。相同任務(wù)下，該芯片實(shí)現(xiàn)片上學(xué)習(xí)的能耗僅為先進(jìn)工藝下專用集成電路（ASIC）系統(tǒng)的3%，展現(xiàn)出卓越的能效優(yōu)勢(shì)，極具滿足人工智能時(shí)代高算力需求的應(yīng)用潛力，為突破馮·諾依曼傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)下的能效瓶頸提供了一種創(chuàng)新發(fā)展路徑。
// 清華大學(xué)在超高感光度光刻膠研發(fā)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展 //
光刻膠是集成電路芯片大規(guī)模制造的關(guān)鍵材料，在技術(shù)發(fā)展到深紫外（DUV）、極紫外（EUV）光刻階段后，光刻膠對(duì)光源的敏感度不足，大大推高了光刻機(jī)及其配套光源的制造難度和成本。近日，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院新型能源與材料化學(xué)團(tuán)隊(duì)將高效的巰基-乙烯點(diǎn)擊化學(xué)技術(shù)與多官能團(tuán)金屬氧化物納米團(tuán)簇光刻膠技術(shù)相結(jié)合，全球首次提出了“點(diǎn)擊光刻”新思路、新方法，并成功制得了超高感光度光刻膠樣品。國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)的光刻測(cè)試結(jié)果表明，這種材料能在極低曝光劑量下實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度成像。在深紫外光刻中最高感光度為7.5 mJ cm-2，與傳統(tǒng)的光刻膠體系相比所需曝光劑量降低了約20倍。
與此同時(shí)，通過(guò)低劑量電子束光刻（10-40 μC cm-2）獲得線寬分辨率為45nm的密集圖形，展示了其應(yīng)用于高分辨率光刻的能力。接下來(lái)作者還對(duì)制備得到的基于點(diǎn)擊反應(yīng)的氧化鋯光刻膠的后加工性質(zhì)、抗刻蝕能力以及圖形轉(zhuǎn)移能力等進(jìn)行了初步研究。
圖1.點(diǎn)擊光刻策略示意圖
圖2.點(diǎn)擊光刻結(jié)果
該研究成果不但可以有力支持新型高效光刻膠的開(kāi)發(fā)，更有望帶來(lái)光刻機(jī)及其配套光源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行的重大變革，大大降低難度和成本，有可能開(kāi)辟光刻機(jī)技術(shù)新賽道，對(duì)集成電路技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。該技術(shù)也可以在其他高效、高精度納米制造領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。
上述研究成果以“巰基-乙烯點(diǎn)擊光刻的超高感光特性”（Exceptional Light Sensitivity by Thiol–Ene Click Lithography）為題發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上。
論文的共同通訊作者為清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院新型能源與材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室徐宏副教授和何向明研究員，第一作者為清華大學(xué)博士后王倩倩。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、北京市科委項(xiàng)目和清華大學(xué)自主科研項(xiàng)目的資助。清華大學(xué)高性能計(jì)算中心提供了計(jì)算資源的支持。
（本文內(nèi)容來(lái)自：科技日?qǐng)?bào)、清華新聞網(wǎng)）
