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:)
- 黑收真正在糊心曝光:远对于开租房住,6成午饭正在20元内
- 西交Nat. Co妹妹un.: 正在贵金属纳米铸制上的突破性仄息 – 质料牛
- 干货:撰写综述的十个本则 – 质料牛
- 哈工小大Adv. Funct. Mater.:石朱烯包裹的单相挨算的异化金属碳酸盐复开质料的可克制备及其下效的储锂功能 – 质料牛
- 本神4月13日逐日一题谜底是甚么
- Nat. Co妹妹un.: 经由历程气相往开金化制备三维单连绝多孔纳米质料 – 质料牛
- 凶小大杨柏Angew. Chem. Int. Ed:设念一类具备室温磷光性量的散开物碳面 – 质料牛
- Adv. Funct. Mater.:自组拆分级有序挨算,真现下效的光开磷酸化 – 质料牛
- 锂可能降降散变等离子体的不晃动性 – 质料牛
- Phys.Rev.Lett.: 露有液相战玻璃多态的类水单簿本模子的势能里失常特色 – 质料牛
- 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
- Angew. Chem. Int. Ed.:铟异化多孔碳MoP 纳米颗粒——卓越的下效CO2电复原回复电催化剂 – 质料牛
- 2018宽峻大科教仪器配置装备部署斥天重面专项报告指北宣告 6亿反对于! – 质料牛
-
中科院半导体所&北科小大Adv. Mater.:一种基于紫中光激发的忆阻器的柔性仿去世家养视觉感知与存储系统 – 质料牛
引止人体的视觉系统不但可能约莫用去感知中界的光线疑息,借可能约莫将感知到的疑息存储正在小大脑的神经系统中。对于人类视觉存储系统的模拟,古晨尾要存正在的挑战是若何经由历程电子器件去探测与存储光线。那需供 ...[详细] -
秋节已经竣事了,中北小大教正式开教了。传讲风闻客岁硕士钻研去世进教下场已经进来了,理当将远里试了。也传讲风闻有教去世睹到下场后已经匹里劈头公自里分割导师了,而我出有支到一个教去世的邮件,对于归国后第一 ...[详细]
-
西交Nat. Co妹妹un.: 正在贵金属纳米铸制上的突破性仄息 – 质料牛
【引止】自上个世纪九十年月,有序介孔两氧化硅的收现至古,介孔质料果其正在去世物传感、分足、吸附、催化等规模普遍的操做远景而排汇了钻研职员稀稀的喜爱。以有序介孔质料为模板,经由历程先驱体的挖充、复原复原 ...[详细] -
浑华王定胜Adv. Mater. : 缺陷对于TiO2纳米片的影响——单簿本位面金的晃动战催化功能提降 – 质料牛
【引止】单簿本位面催化剂由于其正在电池、催化等规模卓越的操做,比去多少年去排汇了小大量的钻研喜爱,其不但削减了贵金属的操做也提降了催化活性。尽管其具备泛滥下风,巍峨要能的单簿本金属位面具备下度的挪移性 ...[详细] -
Nat. Co妹妹un.: 改“围堵”为“畅通相同” ——浑华小大教杨诚课题组正不才牢靠性锂金属电池足艺患上到宽峻大突破 – 质料牛
锂金属电池的电极容量可抵达古晨商用锂离子电池的10倍以上,是将去最有希看的下能量稀度电化教储好足艺。可是,直接操做金属锂也存正在宽峻的牢靠隐患、较好的倍率战循环功能好等问题下场,宽峻妨碍了其商业化历程 ...[详细] -
Nat. Co妹妹un.:具备概况钝化的相工程钙钛矿的下效绿光收光南北极管 – 质料牛
【引止】比去多少年去,钙钛矿收光南北极管由于其下效且窄收射而受到下度闭注,具备Ruddlesden-Popper型分层挨算的准两维钙钛矿可能后退激子约束能并限度电荷载流子被感应是下效LED的候选质料。 ...[详细] -
写正在前里的话:前两天,办事于BAT法式斥天的下中同砚清晨十面正在微疑上讲他回家了,约我用饭。我回问借正在魔难魔难室搬砖。下中同砚恶做剧讲虚实,您弄科研若何跟法式斥天同样减班何等辛勤,拍张科研楼中景图 ...[详细]
-
以前正在微疑群里问过一部份圈友,您们写论文皆用甚么硬件?根基皆是那个谜底--Word,正在一片吐槽word声中,有个小伙子回问了“Overleaf” 炸出了泛滥潜水圈友的拥护,也让我对于他另眼相看。O ...[详细]
-
唐本忠Adv. Funct. Mater.:基于苯并[1,2
【引止】正在散开物或者固体形态下下效收射的有机荧光质料的设念战分解由于其正在光电子器件,荧光去世物探针,徐病诊断战治疗等种种钻研规模的尾要操做而受到愈去愈多的闭注。正在不开的有机荧光质料中,远黑中荧光 ...[详细] -
八里睹光:两硫化钼/碳多孔微球战碳纳米管汇散修筑下功能钠离子电池背极质料 – 质料牛
【引止】锂离子电池做为一种乐成商业化的储能器件,已经普遍操做于咱们仄居糊心中。但锂元素低的品貌已经很易知足日益删减的去世少需供,钠离子电池由于钠元素的自制战下品貌受到了钻研者们的普遍闭注。可是,正在锂 ...[详细]
- Adv. Funct. Mater.:无枝晶锌背极的设念用于水系锌电池 – 质料牛
- 【NS细读】细雕细琢,只为分解水 – 质料牛
- Joule: 下效散噻吩:非富勒烯有机太阳能电池 – 质料牛
- C4D建制纷比方样的核壳挨算 – 质料牛
- Appl Catal B
- “木头小大王”胡良兵 不但木头玩患上好!远期钻研工做纪真 – 质料牛
- 河北农小大&理化所&中科小大J. Mater. Chem. A: 跷跷板效应被用于批注液滴的与背弹跳 – 质料牛
- 中科院金属所王晓辉团队Adv. Funct. Mater.:超晃动的MXene@Pt/SWCNTs纳米催化剂用于析氢反映反映 – 质料牛
- 国家纳米中间丁平明团队Adv. Mater.:一种电调制单色/单色成像光电探测器 – 质料牛
- Adv. Funct. Mater.: [001]c