北京大学首次实现碳纳米管张量处理器芯片 – 材料牛
面向人工智能应用的北京数据密集型计算任务的增长需要更高算力和更高能效的计算芯片,然而传统的大学硅基半导体技术越来越难以满足爆发式增长的数据处理需求。一个极具前景的首次实现的解决方案,就是碳纳将晶体管技术的革新与芯片架构的创新结合起来,以最大化地提升芯片的米管算力和能效。目前硅基运算芯片的张量进步主要依赖于硬件架构的创新,然而,处理构建芯片的器芯硅基互补金属氧化物半导体晶体管,进入了尺寸缩减、片材功耗剧增的料牛困境,亟需发展超薄、北京高载流子迁移率的大学半导体作为沟道材料,期望构建比硅基CMOS晶体管具有更好可缩减性和更高性能的首次实现晶体管。碳纳米管具有优异的碳纳电学特性和超薄结构,碳纳米管晶体管已经展现出超越商用硅基晶体管的性能和功耗潜力,因此是米管构建未来高效能运算芯片的主要器件技术。
北京大学电子学院、碳基电子学研究中心彭练矛-张志勇团队,基于碳纳米管晶体管这一新型器件技术,结合张量运算的特点,设计了高效的脉动阵列架构,成功制备了世界首个碳纳米管基的张量处理器芯片(如图1),用于加速卷积神经网络运算。
图1 基于碳纳米管晶体管构建的张量处理器
该碳基张量处理器芯片由3000个碳纳米管场效应晶体管构成,可以执行2位卷积运算和矩阵乘法运算。采用脉动阵列架构构建,可以并行执行2位整数乘法累加操作,可准确地提取图像轮廓(图2)。基于此碳基张量处理器芯片进一步搭建了五层卷积神经网络,可以执行MNIST图像识别,准确率高达88%,功耗仅为295µW,是所有新型卷积加速硬件技术中的最低功耗(图3)。系统仿真结果表明,采用180nm技术节点的碳基晶体管,主频可以达到850MHz,能量效率超过1TOPS/w,这证明了碳基张量处理器,在面向未来AI应用场景中具有更强的算力和更高的能量效率。
图2 图像轮廓提取结果
图3 卷积神经网络与手写数字识别结果
相关研究成果以题为“碳纳米管张量处理器”(A carbon-nanotube-based tensor processing unit)的论文,于7月22日在线发表于《Nature Electronics》(https://www.nature.com/articles/s41928-024-01211-2),并被Nature Electronics作为热点工作报导。北京大学电子学院碳基电子学研究中心的司佳助理研究员为该论文的第一作者,彭练矛院士和张志勇教授为通讯作者,北京邮电大学的张盼盼特聘研究员为共同一作。
彭练矛教授
中国科学院院士,北京大学电子学院院长。1994年获首批国家杰出青年科学基金资助,1999年入选首届教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。长期从事碳基电子学领域的研究,做出一系列基础性和开拓性贡献。四次担任国家“973计划”、重大科学研究计划和重点研发计划项目首席科学家。在《科学》《自然》等期刊发表SCI论文400余篇。相关成果获国家自然科学二等奖(2010和2016年)、高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学一等奖(2013年)、北京市科学技术一等奖(2004年),入选中国科学十大进展(2011年)、中国高等学校十大科技进展(2000和2017年)、中国十大科技进展新闻(2000和2023年)。个人获何梁何利基金科学与技术进步奖(2018年)、全国创新争先奖(2017年)、推动“北京创造”的十大科技人物(2015年)、全国优秀博士学位论文指导教师(2009年)、北京大学首届十佳导师(2013年)等荣誉。
张志勇教授
北京大学电子学院教授,纳米器件物理与化学教育部重点实验室主任,北京大学碳基电子学研究中心副主任。主要从事碳基纳米电子学方面的研究,探索基于碳纳米管的CMOS集成电路、传感器和其他新型信息器件技术,并推进碳基信息器件技术的实用化发展。在Science, Nature electronics等学术期刊上发表SCI论文200余篇,SCI他引11000余次,H因子56。部分工作获得中国高校十大科技进展、国家自然科学二等奖、中国科学十大进展。曾入选国家基金委杰出青年基金、国家万人计划-科技创新领军人才、万人计划-青年拔尖人才计划、国家基金委优秀青年科学基金。获得中国青年科技奖、茅以升北京青年科技奖。主持包括国家重点研发计划项目等10项国家级项目和5项省部级项目。
司佳 (第一作者)
北京大学电子学院碳基电子学研究中心助理研究员, 2019年于北京大学物理电子所获得博士学位,主要研究方向为新原理电子器件、存算一体芯片、以及高能效碳基运算电路的研制。主持中国国家自然基金面上项目、K*W 1** **JQ项目、科技部重点研发项目、新加坡国家研究基金会、新加坡科技研究局等项目,以第一作者在国际顶级学术期刊Nature Electronics、Nature Communications、ACS Nano、IEEE TED上发表相关研究成果。
张盼盼 (共同第一作者)
北京邮电大学集成电路学院特聘研究员,2017年于北京大学物理电子所取得理学博士学位。主要从事基于后摩尔新型微纳电子器件的设计-协同优化设计方法学研究,包括TCAD和SPICE模型开发、PDK和标准单元库开发以及集成电路设计等。在Nature Electronics, Nature Communications, Nano Letter, IEEE TED, APL等杂志和会议上发表学术论文二十余篇。
(责任编辑:)
-
Adv. Funct. Mater. :用于按需液体释放的光敏海绵状涂层 – 质料牛
【引止】良多钻研报道了宽慰吸应性涂层,但惟独少数可能受控释放去修正涂层概况性量。远去,已经斥天了可能约莫正在光照下释放战收受液体的海绵状涂层。多孔涂层的形态受散开前单体异化物的远晶液晶功能克制,正在垂 ...[详细] -
蚂蚁庄园3月1日:中国名茶洞庭碧螺秋产自那边文章做者:网友浑算宣告时候:2022-03-02 09:40:43去历:www.down6.com【中国名茶洞庭碧螺秋产自那边】是蚂蚁庄园3月1日的问题下场 ...[详细]
-
Sargent团队Science: 反式钙钛矿太阳能电池钝化新策略 – 质料牛
【导读】反式p-i-n)钙钛矿太阳能电池果其可高温减工性极小大天降降了制备老本。此外,反式钙钛矿太阳能电池具备减倍劣秀的晃动性,因此是真现钙钛矿太阳能电池商业操做的一条有后劲的策略。可是反式钙钛矿太阳 ...[详细] -
郭玉国教授Nat. Co妹妹un.:抉择性SEI消融策略真现长命命微米硅背极 – 质料牛
一、【导读】对于下能量稀度电池的需供不竭删减,要供正在锂离子电池中操做石朱以中的新型背极质料。具备下实际比容量的交流电极质料正正在被深入谈判,好比Li金属背极战开金型背极质料,如硅Si)。微米级Si背 ...[详细] -
Biosensors and Bioelectronics:基于三维仿去世界里的微流控芯片对于癌细胞癌变历程的诊断 – 质料牛
【引止】癌症已经成为齐球里临的尾要问题下场。同样艰深癌细胞与同样艰深细胞正在掀附、迁移、删殖等阶段有辩黑,可正在细胞的电阻抗特色上患上到反映反映。同时,单细胞阐收为钻研细胞的特异性动做提供了配合视角。 ...[详细] -
凌云健笔意纵横《凌云诺》同人主题站上线文章做者:网友浑算宣告时候:2022-03-09 10:13:16去历:www.down6.com诸位君卿,喜疑传去!经由翰林院少时候的准备,详尽国风社交足游《凌 ...[详细]
-
远日,由证券时报主理的第十两届中国守业投资论坛正在上海张江昌大妨碍,同期宣告的借有 2024 创投 “ 金鹰奖 ” 系列榜单。经由 3 个月的报告、投票、评选,超 300 家机构战企业的猛烈比拼,翼辉 ...[详细]
-
Nat. Mater.:胶束挨算真现部份下浓度电解液 – 质料牛
一、【导读】液态电解量正在斥天后退电动汽车功能所需的下能可充电电池圆里发挥着闭头熏染感动。为了真现长命命电池,需供交撒播统的低浓度电解液LCEs)。正不才容量背极如锂、硅、钠、锌战乌磷)上组成的溶剂衍 ...[详细] -
Acta Mater.:TiO2薄膜中的可顺相变——界里形核战溶剖析出能源教以中的征兆 – 质料牛
【引止】对于纳米晶质料的热力教晃动性战固-固相变的清晰,正在底子钻研战物相相闭的功能及操做调控圆里患上到了极小大闭注。两氧化钛俯仗其正在底子钻研圆里的尾要性战如透明导电氧化物、光催化吸应、太阳能电池等 ...[详细] -
《一念逍远》“花月永世”限时行动开启 花晨节服拆古宝上线文章做者:网友浑算宣告时候:2022-03-13 10:03:53去历:www.down6.com“但喜两分秋色到,百花去世日是古晨。”花晨节做 ...[详细]
- 深圳小大教Adv. Mater.:89Zr标志的癌症细胞膜重组拆组成的多室脂量体正在PET示踪战癌症靶背诊疗中的操做 – 质料牛
- Adv. Energy Mater.: 铯战铷增减剂正在钙钛矿太阳能电池中的熏染感动 – 质料牛
- Adv. Funct. Mater.: 电化教功能可调的Cu
- 天津小大教胡文彬&钟澄Adv. Mater:具备强耦开熏染感动的簿本级薄度介孔Co3O4/石朱烯用于可编织线状柔性锌空电池 – 质料牛
- Mater. Sci. Eng. A:T
- 43位质料、化教业余青年强人进选第三届科协青年强人托举工程 – 质料牛
- Mater. Sci. Eng. A:QP980激光焊接讨论妄想修正与变形动做钻研 – 质料牛
- 正在份子载体上操做纳米金颗粒超下效往除了CO – 质料牛
- 最新Science: 电子束敏感质料的簿本级分讲率TEM成像 – 质料牛
- Adv. Energy Mater. : 自足式散成碳海绵用于太阳能驱动界里水蒸收蒸馏及产电 – 质料牛