10月10日消息，據(jù)清華大學(xué)公眾號(hào)，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！

一枚芯片，集成記憶和計(jì)算的能力，保護(hù)用戶隱私的同時(shí)還具備類似人腦的自主學(xué)習(xí)，能效相較先進(jìn)工藝下的專用集成電路系統(tǒng)有約75倍提升。這是清華大學(xué)集成電路學(xué)院團(tuán)隊(duì)研制出的全球首枚全系統(tǒng)集成、支持高效片上學(xué)習(xí)的憶阻器存算一體芯片。

該成果近日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上，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。

記憶電阻器，是繼電阻、電容、電感之后的第四種電路基本元件。它可以在斷電之后，仍能“記憶”通過的電荷，被當(dāng)做新型納米電子突觸器件。早在1946年，“計(jì)算機(jī)之父”馮·諾依曼提出并定義了計(jì)算機(jī)架構(gòu)，采用二進(jìn)制的編碼，由存儲(chǔ)器和處理器分別完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算。但是，隨著人工智能等應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算需求的不斷提升，數(shù)據(jù)來回“搬運(yùn)”處理，耗時(shí)長(zhǎng)，功耗大，還可能存在“交通堵塞”的風(fēng)險(xiǎn)。

憶阻器存算一體學(xué)習(xí)芯片及測(cè)試系統(tǒng)

清華集成電路學(xué)院教授錢鶴、吳華強(qiáng)、高濱等帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)出適用于憶阻器存算一體的高效片上學(xué)習(xí)的新型通用算法和架構(gòu)，研制出全球首枚全系統(tǒng)集成的、支持高效片上學(xué)習(xí)的憶阻器存算一體芯片。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系統(tǒng)約3%，同時(shí)有望實(shí)現(xiàn)75倍的能效提升。

“存算一體片上學(xué)習(xí)在實(shí)現(xiàn)更低延遲和更小能耗的同時(shí)，能夠有效保護(hù)用戶隱私和數(shù)據(jù)。”據(jù)介紹，該芯片參照仿生類腦處理方式，可實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)的快速“片上訓(xùn)練”與“片上識(shí)別”，能夠有效完成邊緣計(jì)算場(chǎng)景下的增量學(xué)習(xí)任務(wù)，以極低的耗電適應(yīng)新場(chǎng)景、學(xué)習(xí)新知識(shí)，以滿足用戶的個(gè)性化需求。比如，有些人習(xí)慣在數(shù)字“7”的中間加一短橫。一開始，智能芯片并不認(rèn)識(shí)這個(gè)符號(hào)，然而訓(xùn)練了兩三個(gè)這樣書寫的“7”后，它就能準(zhǔn)確將其識(shí)別為數(shù)字“7”。

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，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。放眼未來，吳華強(qiáng)希望團(tuán)隊(duì)的方案、技術(shù)能夠走出實(shí)驗(yàn)室，切切實(shí)實(shí)推動(dòng)科研成果轉(zhuǎn)化，致力服務(wù)國(guó)家所需、社會(huì)所需。

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