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:)
-
正在昨日推文梦奇重塑后的局内待机戚闲动做票选下场宣告中,失败的妄想叫甚么
《王者声誉》2021年4月13日逐日一题谜底文章做者:网友浑算宣告时候:2021-04-13 10:22:42去历:www.down6.com本创正在昨日推文梦奇重塑后的局内待机戚闲动做票选下场宣告中 ...[详细] -
抖音里若何真现足机短途毗邻此外一台足机?足机短途毗邻足机的格式
抖音里若何真现足机短途毗邻此外一台足机?足机短途毗邻足机的格式文章做者:网友浑算宣告时候:2019-03-20 21:24:52去历:www.down6.com操做宝 v7.3.3 安卓版典型:系统工 ...[详细] -
【布景介绍】页岩气中露有小大量的丙烷,鼓舞饱动着人们将其斥天成丙烯的尾要本料妨碍操做。随着齐球对于丙烯的需供日益发达逾越1亿吨且每一年以4%的速率删减),经由历程非氧化的丙烷脱氢PDH)格式去患上到丙 ...[详细]
-
【布景介绍】页岩气中露有小大量的丙烷,鼓舞饱动着人们将其斥天成丙烯的尾要本料妨碍操做。随着齐球对于丙烯的需供日益发达逾越1亿吨且每一年以4%的速率删减),经由历程非氧化的丙烷脱氢PDH)格式去患上到丙 ...[详细]
-
Adv. Energy Mater. : 可睹光低露量舍身试剂下Au/TiO2
【引止】石朱相氮化碳(g-C3N4)由于其自制、易患的劣面,普遍操做于光催化规模,但由于其光去世载流子易于复开,限度了其光催化活性进一步提降。钻研职员已经提出部份策略以期提降其光催化活性,如与其余半导 ...[详细] -
baidu丘比特是甚么?baidu丘比特上线是若何回事?文章做者:网友浑算宣告时候:2019-04-01 23:22:54去历:www.down6.com一背以去,baidu皆正在家着AI家养智能圆里 ...[详细]
-
2024年6月25日至27日,2024亚洲物流单年展transport logisticChina,简称tlC)于上海新国内专览中间盛小大妨碍。西井科技提醉了其最新的适配空港场景的物流科技功能,借枯获 ...[详细]
-
小米汽车甚么光阴上市 卖价多少?奔流T77功能若何样 规画机那边产的?
小米汽车甚么光阴上市 卖价多少?奔流T77功能若何样 规画机那边产的?文章做者:网友浑算宣告时候:2019-04-01 09:56:01去历:www.down6.com小米汽车甚么光阴上市 卖价多少? ...[详细] -
同样艰深去讲,同样条件下煮进来的鸡蛋,剥壳越难题申明鸡蛋文章做者:网友浑算宣告时候:2021-04-12 13:28:20去历:www.down6.com本创同样艰深去讲,同样条件下煮进来的鸡蛋,剥壳 ...[详细]
-
机械进建辅助纳米粒子分解 登上影响果子下达66.308的Nature子刊 – 质料牛
【布景介绍】纳米粒子是一种具备一个或者多个特色尺寸的粒子,其尺寸规模为1-100 nm。单个纳米粒子战纳米粒子鸠总体正在催化、热电、光伏、太阳能电池制制战制药等规模有着普遍的操做。赫然特色是电子、光教 ...[详细]
- 多铁性调控的此外一种真现模式:温控多铁效应 – 质料牛
- KAUST张华彬课题组Energy. Environ. Sci.: 簿本级构建相邻氧化/复原复原位面增长H2O2光分解 – 质料牛
- 惠伦晶体牵头两项车规级产物总体尺度检查经由历程
- 中科曙光分分宣告《智能算力财富去世少黑皮书》
- 胶体量子面,预收JACS,真收Nature! – 质料牛
- 正在今世哪句诗暗指情人传情
- 神域远征兑换码正在那边输进
- 摩我庄园配合稀码2022年5月20日
- 中北小大教Adv. Mater.:700℃下分解14元下熵开金,本位透射电镜助力不雅审核分步开金化历程! – 质料牛
- 浑华&中科小大Science:远100% PLQY金纳米团簇! – 质料牛