這幾天清華大學(xué)又火出圈了。但這次并不是因?yàn)檎猩鷵屓撕惋執(zhí)茫乔迦A大學(xué)的芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)研制出全球首顆全系統(tǒng)集成的存算一體芯片。這是我國(guó)、乃至全世界對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的又一重大突破。

這個(gè)芯片由清華大學(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)算范式研制出的全球首顆全系統(tǒng)集成支持高效片上學(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，是半導(dǎo)體在支持片上學(xué)習(xí)的憶阻器存算一體芯片領(lǐng)域取得的重大突破。

團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了適用于憶阻器存算一體的高效片上學(xué)習(xí)的通用算法和架構(gòu)（STELLAR），并成功研制出全球首顆全系統(tǒng)集成、支持高效片上學(xué)習(xí)的憶阻器存算一體芯片。它有望促進(jìn)人工智能、自動(dòng)駕駛可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的發(fā)展！

什么是存算一體芯片？

存算一體芯片是一種集成了存儲(chǔ)和計(jì)算功能的新型芯片架構(gòu)。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，存儲(chǔ)和計(jì)算是分離的，數(shù)據(jù)需要從存儲(chǔ)器傳輸?shù)?a target="_blank">處理器進(jìn)行計(jì)算。而存算一體芯片將存儲(chǔ)單元（通常是內(nèi)存）與計(jì)算單元（通常是處理器）集成在同一片芯片上，這樣可以在芯片內(nèi)部直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算，大大提高了數(shù)據(jù)處理的效率。

通俗地來(lái)講，存算一體架構(gòu)類似于新型的“在家辦公”模式，徹底減少了通勤的能源消耗，避免了往返通勤所帶來(lái)的時(shí)間延遲，同時(shí)顯著降低了辦公場(chǎng)所的運(yùn)營(yíng)成本。這種架構(gòu)在邊緣計(jì)算和云計(jì)算領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

存算芯片的結(jié)構(gòu)一般包括一下各類組件：

1. 計(jì)算單元（Compute Units）：存算一體芯片內(nèi)部集成了多個(gè)計(jì)算單元，這些單元可以執(zhí)行各種計(jì)算操作，例如矩陣運(yùn)算、向量運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。計(jì)算單元通常配備了高性能的處理器核心，用于執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。

2. 存儲(chǔ)單元（Storage Units）：存算一體芯片內(nèi)部包含存儲(chǔ)單元，通常是閃存（Flash）或其他非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)。這些存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)算所需的中間結(jié)果。存儲(chǔ)單元的高速讀寫能力對(duì)于存算一體芯片的性能至關(guān)重要。

3. 內(nèi)部互連網(wǎng)絡(luò)（Interconnect）：存算一體芯片內(nèi)部有高效的互連網(wǎng)絡(luò)，用于連接計(jì)算單元和存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和計(jì)算結(jié)果的返回。這種內(nèi)部互連網(wǎng)絡(luò)通常被設(shè)計(jì)為低延遲和高帶寬的結(jié)構(gòu)。

4. 存算一體引擎（Computational Storage Engine）：存算一體芯片通常配備了存算一體引擎，這是一種硬件模塊，用于執(zhí)行存儲(chǔ)計(jì)算任務(wù)。這些任務(wù)可以包括數(shù)據(jù)壓縮、加密解密、數(shù)據(jù)過(guò)濾和查詢等。存算一體引擎可以在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，提高了數(shù)據(jù)處理的效率。

5. 高速緩存（Cache）：存算一體芯片內(nèi)部通常集成了高速緩存，用于臨時(shí)存儲(chǔ)計(jì)算過(guò)程中的中間數(shù)據(jù)，減少對(duì)主存儲(chǔ)器的訪問(wèn)次數(shù)，提高計(jì)算效率。

6. 管理和控制單元（Management and Control Unit）：這個(gè)單元負(fù)責(zé)存算一體芯片的整體管理和控制。它監(jiān)測(cè)芯片狀態(tài)、處理錯(cuò)誤，管理數(shù)據(jù)流和任務(wù)調(diào)度，確保存算一體芯片的正常運(yùn)行。

審核編輯 黃宇