全球首顆支持片上學習憶阻器存算一體芯片誕生

我芯片研製重大突破

【本報訊】據《科技日報》十日消息：近日，清華大學集成電路學院教授吳華強、副教授高濱團隊基於存算一體計算範式，研製出全球首顆全系統集成的、支持高效片上學習（機器學習能在硬件端直接完成）的憶阻器存算一體芯片，在支持片上學習的憶阻器存算一體芯片領域取得重大突破，有望促進人工智能、自動駕駛可穿戴設備等領域發展。相關成果在線發表於最新一期的《科學》。

當前國際上的相關研究主要集中在憶阻器陣列層面的學習功能演示，然而實現全系統集成的、支持高效片上學習的憶阻器芯片仍面臨較大挑戰，至今尚未實現，主要在於傳統的反向傳播訓練算法所要求的高精度權重更新方式與憶阻器實際特性的適配性較差。

具高能效高通用性

據悉，面向傳統存算分離架構制約算力提升的重大挑戰，吳華強、高濱創造性提出適配憶阻器存算一體，實現高效片上學習的新型通用算法和架構(STELLAR)，有效實現大規模模擬型憶阻器陣列與CMOS（互補金屬氧化物半導體）的單片三維集成，通過算法、架構、集成方式的全流程協同創新，研製出全球首顆全系統集成的、支持高效片上學習的憶阻器存算一體芯片。

該芯片包含支持完整片上學習所必需的全部電路模塊，成功完成圖像分類、語音識別和控制任務等多種片上增量學習功能驗證，展示出高適應性、高能效、高通用性、高準確率等特點，有效強化智能設備在實際應用場景下的學習適應能力。相同任務下，該芯片實現片上學習的能耗僅為先進工藝下專用集成電路系統的百分之三，展現出卓越的能效優勢，極具滿足人工智能時代高算力需求的應用潛力，為突破馮 · 諾依曼傳統計算架構下的能效瓶頸提供了一種創新發展路徑。