ICC訊 北京大學(xué)官方網(wǎng)站獲悉,近日,該??蒲袌F(tuán)隊(duì)在下一代芯片技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破,成功研發(fā)出世界首個(gè)基于碳納米管的張量處理器芯片,可實(shí)現(xiàn)高能效的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算。
隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展,尤其是ChatGPT等大模型應(yīng)用的崛起,未來世界的數(shù)據(jù)將呈爆發(fā)式增長,海量數(shù)據(jù)的處理對(duì)芯片的算力和能量效率提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。然而,高能效計(jì)算芯片的發(fā)展正遭遇芯片架構(gòu)、晶體管性能兩個(gè)重大瓶頸:傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構(gòu)已經(jīng)無法滿足高速、高帶寬的數(shù)據(jù)搬運(yùn)和處理需求,未來的高能效運(yùn)算芯片必須在硬件架構(gòu)上進(jìn)行革新,以適用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型的張量數(shù)據(jù)運(yùn)算。同時(shí),構(gòu)建芯片的硅基互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管也處于尺寸縮減、功耗劇增的困境,亟須發(fā)展超薄、高載流子遷移率的半導(dǎo)體作為溝道材料,期望構(gòu)建比硅基CMOS晶體管具有更好可縮減性和更高性能的晶體管。
碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)特性和超薄結(jié)構(gòu),碳納米管晶體管已經(jīng)展現(xiàn)出超越商用硅基晶體管的性能和功耗潛力,因此有望成為構(gòu)建未來高效能運(yùn)算芯片的主要器件技術(shù)。只有在系統(tǒng)架構(gòu)和底層晶體管兩個(gè)方面共同實(shí)現(xiàn)突破,才能最大化地提升芯片的算力和能效。目前成熟的硅基器件技術(shù)的運(yùn)算芯片主要依賴于架構(gòu)的創(chuàng)新,而基于新材料電子器件的研究,主要集中在提升晶體管的性能,尚未有研究工作將二者結(jié)合起來。
北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)基于碳納米管晶體管這一新型器件技術(shù),結(jié)合高效的脈動(dòng)陣列架構(gòu)設(shè)計(jì),成功制備了世界首個(gè)碳納米管基的張量處理器芯片。該芯片采用新型器件工藝和脈動(dòng)陣列架構(gòu),將3000個(gè)碳納米管晶體管集成為張量處理器芯片,將碳基電子學(xué)從器件研究推向系統(tǒng)演示,顯著提升卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算效率,功耗極低,且準(zhǔn)確率達(dá)到88%。此外,碳基晶體管展現(xiàn)出比硅基CMOS晶體管更優(yōu)的速度、功耗等綜合優(yōu)勢,碳基張量處理器在180納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)具有3倍性能優(yōu)勢,并有延續(xù)至先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的潛力,有望滿足人工智能時(shí)代對(duì)高性能、高能效芯片的需求。