Chip中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展公布

近日，Chip期刊正式發(fā)布了「Chip 2023中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展」。據(jù)悉，Chip期刊由上海交通大學(xué)與Elsevier集團(tuán)合作出版，是全球唯一聚焦芯片類研究的綜合性國際期刊，已入選由中國科協(xié)、教育部、科技部、中科院等單位聯(lián)合實(shí)施的「中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃高起點(diǎn)新刊項(xiàng)目」，為科技部鼓勵(lì)發(fā)表「三類高質(zhì)量論文」期刊之一。

“2023年度中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選旨在致敬和激勵(lì)我國芯片工作者的科學(xué)熱情和奉獻(xiàn)精神，提升我國芯片前沿科研的大眾關(guān)注度，助推芯片國產(chǎn)化進(jìn)程。主要從50個(gè)成果中遴選出32項(xiàng)，并由15萬人在線投票，最終產(chǎn)生“CHIP 中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展”提名和“CHIP 中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展”。

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Chip 2023中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展

面向機(jī)器視覺校正的存內(nèi)計(jì)算設(shè)計(jì)：基于40 nm RRAM多核芯片的混合域多項(xiàng)式加速器 

北京大學(xué)黃如院士、蔡一茂教授團(tuán)隊(duì)首次提出基于阻變存算陣列的混合域三元乘法加速計(jì)算策略，高效匹配了霍納多項(xiàng)式加速算法。團(tuán)隊(duì)基于標(biāo)準(zhǔn)40 nm CMOS平臺(tái)研制了基于阻變存儲(chǔ)器的多核高階多項(xiàng)式矩陣-向量計(jì)算芯片系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鏡頭畸變校準(zhǔn)，校準(zhǔn)效果達(dá)到專業(yè)軟件相同校準(zhǔn)水平，展現(xiàn)出基于阻變存儲(chǔ)器的存內(nèi)計(jì)算在光學(xué)畸變矯正系統(tǒng)的應(yīng)用潛力。

仿昆蟲光電芯片實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)視覺信息快速感知 香港理工大學(xué)柴揚(yáng)教授研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出仿生昆蟲的光電芯片，該芯片采用感知與計(jì)算融合的方式處理動(dòng)態(tài)視覺信息，僅需較少資源便能實(shí)現(xiàn)高效的動(dòng)態(tài)視覺信息感知和處理。該研究利用具有淺缺陷能級(jí)的二硫化鉬光電晶體管，成功模擬了昆蟲視覺系統(tǒng)中梯級(jí)神經(jīng)元的響應(yīng)特性，能有效地融合編碼時(shí)間和空間信息。該成果將為自動(dòng)駕駛、無人機(jī)系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等場(chǎng)景帶來重要價(jià)值。

千萬億級(jí)算力的全模擬光電智能計(jì)算芯片 

清華大學(xué)戴瓊海院士團(tuán)隊(duì)提出了一種純模擬的光電融合計(jì)算芯片，國際上首次實(shí)測(cè)光電計(jì)算在系統(tǒng)層面，達(dá)到頂尖GPU算力的三千七百余倍，能效的四百九十余萬倍，證明了光子計(jì)算在諸多AI任務(wù)中的優(yōu)越性，在后摩爾定律時(shí)代開啟了一系列廣泛的應(yīng)用前景。

基于RRAM的28nm存內(nèi)計(jì)算宏單元 

中國科學(xué)院微電子所劉明院士、竇春萌研究員團(tuán)隊(duì)提出了混合帶權(quán)重二晶體管——憶阻單元存內(nèi)計(jì)算宏電路設(shè)計(jì)，并采用研究團(tuán)隊(duì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)28nm嵌入式RRAM工藝平臺(tái)行了流片，有效抑制了RRAM單元與陣列的非理想因素，實(shí)現(xiàn)了高能效、高并行與高準(zhǔn)確度的多比特模擬存內(nèi)計(jì)算，為實(shí)現(xiàn)存算一體化邊緣AI加速芯片提供了新思路。

首例外延高κ柵介質(zhì)集成型二維鰭式晶體管 

北京大學(xué)彭海琳教授研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了世界首例二維半導(dǎo)體鰭片/高κ柵氧化物異質(zhì)結(jié)陣列的外延生長(zhǎng)及其三維架構(gòu)的異質(zhì)集成，并研制了高性能二維鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。該工作解決了二維半導(dǎo)體/高κ柵介質(zhì)精準(zhǔn)合成與三維異質(zhì)集成難題，突破了二維半導(dǎo)體應(yīng)用于高性能低功耗芯片的關(guān)鍵瓶頸，為開發(fā)未來芯片帶來新機(jī)遇。

超低損耗量子芯片互聯(lián) 

南方科技大學(xué)俞大鵬院士研究團(tuán)隊(duì)在分布式量子計(jì)算研究方面取得突破性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)通過一系列技術(shù)創(chuàng)新，將量子芯片互聯(lián)的損耗大幅降低到單芯片上的水平，使分布式量子計(jì)算的大規(guī)模擴(kuò)展方案成為可能。利用該技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了5個(gè)量子芯片的互聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)20比特的分布式超導(dǎo)量子處理器。通過更多的跨芯片量子態(tài)傳輸和單芯片上的邏輯門操作，最終實(shí)現(xiàn)了跨三個(gè)芯片的12比特的最大糾纏態(tài)。

面向邊緣學(xué)習(xí)的全集成類腦憶阻器芯片

清華大學(xué)集成電路學(xué)院吳華強(qiáng)、高濱教授研究團(tuán)隊(duì)基于存算一體計(jì)算范式，創(chuàng)造性提出適配憶阻器存算一體實(shí)現(xiàn)高效片上學(xué)習(xí)的新型通用算法和架構(gòu)，有效實(shí)現(xiàn)大規(guī)模模擬型憶阻器陣列與CMOS的單片三維集成，通過算法、架構(gòu)、集成方式的全流程協(xié)同創(chuàng)新，研制出全球首顆全系統(tǒng)集成的、支持高效片上學(xué)習(xí)的憶阻器存算一體芯片。

晶圓級(jí)二維范德華超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)的可控制備 

南京大學(xué)高力波教授團(tuán)隊(duì)與南方科技大學(xué)林君浩副教授團(tuán)隊(duì)在二維范德華超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)的晶圓級(jí)生長(zhǎng)及其機(jī)理研究方面取得突破性進(jìn)展，該成果提出了一種新的「由高到低」的生長(zhǎng)策略，實(shí)現(xiàn)逐層堆疊生長(zhǎng)二維范德華異質(zhì)結(jié)，極大地展現(xiàn)了范德華異質(zhì)結(jié)的靈活性，并首次在實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)樣品中二維超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的構(gòu)建，為多功能器件的實(shí)現(xiàn)及量子器件的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

超越硅基極限的彈道二維晶體管 

北京大學(xué)彭練矛院士、邱晨光研究員團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了10 nm超短溝道彈道二維硒化銦晶體管，開創(chuàng)性的提出了「稀土元素釔誘導(dǎo)二維相變理論」，發(fā)明了「原子級(jí)可控精準(zhǔn)摻雜技術(shù)」打破了傳統(tǒng)離子注入的工程限制，從而成功克服了二維領(lǐng)域金半接觸的國際難題，實(shí)現(xiàn)了國際上迄今速度最快能耗最低的二維半導(dǎo)體晶體管。

界面增強(qiáng)鐵電聚合物中的巨大電熱效應(yīng) 

上海交通大學(xué)錢小石教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高分子拓?fù)浣缑嫱庋蛹夹g(shù)，通過小分子晶體犧牲層誘導(dǎo)高分子極化界面的廣泛形成，使得鐵電聚合物在外界電場(chǎng)作用下展現(xiàn)出巨大熵變，在傳統(tǒng)的偏氟乙烯基弛豫鐵電高分子中實(shí)現(xiàn)了龐電卡效應(yīng)，并揭示了拓?fù)渫庋拥臉O化界面在外加電場(chǎng)調(diào)控下的熵變機(jī)理。該工作可進(jìn)一步減小電源的尺寸和重量，為潛在的便攜式電卡冷卻裝置提供動(dòng)力。

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Chip 2023中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展提名獎(jiǎng)

接近量子極限的二維半導(dǎo)體接觸

南京大學(xué)王欣然、施毅教授團(tuán)隊(duì)與東南大學(xué)王金蘭教授團(tuán)隊(duì)提出了一種軌道雜化增強(qiáng)的新策略，在單層MoS2晶體管中實(shí)現(xiàn)了目前最低的接觸電阻42  Ω·μm，首次低于硅基器件并接近理論量子極限。該工作突破了二維半導(dǎo)體歐姆接觸難題，解決了二維半導(dǎo)體應(yīng)用于高性能集成電路的關(guān)鍵瓶頸之一。

零碳、高性能熱開關(guān)功能器件

南京師范大學(xué)劉晨晗教授團(tuán)隊(duì)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）陳祖煌教授團(tuán)隊(duì)、東南大學(xué)陳云飛教授團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)全新機(jī)制主動(dòng)調(diào)控?zé)彷斶\(yùn)，將反鐵電-鐵電可逆相變與熱調(diào)控結(jié)合，成功開發(fā)出高熱開關(guān)比、響應(yīng)速度快、調(diào)控電壓低和長(zhǎng)工作壽命的新型高效反鐵電熱開關(guān)原型器件，填補(bǔ)了國內(nèi)鐵電熱開關(guān)研究領(lǐng)域的空白，增強(qiáng)了熱調(diào)控領(lǐng)域的國際話語權(quán)和國家競(jìng)爭(zhēng)力。

新型極化激元「光晶體管」

國家納米科學(xué)中心戴慶研究團(tuán)隊(duì)提出利用極化激元作為光電互聯(lián)媒介的新思路，充分發(fā)揮其對(duì)光高壓縮和易調(diào)控的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了微納尺度的石墨烯/氧化鉬范德華異質(zhì)結(jié)，實(shí)現(xiàn)了用一種極化激元調(diào)控另一種極化激元開關(guān)的「光晶體管」功能。本工作為構(gòu)筑高集成度光電融合芯片提供了新路徑?！?/p>

相位同步可重構(gòu)莫爾納米激光器 

北京大學(xué)馬仁敏教授研究團(tuán)隊(duì)在國際上首次實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)相干納米激光陣列，突破了納米激光僅能實(shí)現(xiàn)單個(gè)或固定陣列相干激射的限制，首次實(shí)現(xiàn)了納米激光陣列的可重構(gòu)相干控制，是納米激光物理與器件的關(guān)鍵一步，不僅對(duì)在其它有源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)功能具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)也為納米激光走向?qū)嶋H應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。

可重構(gòu)數(shù)字存算一體AI芯片 

清華大學(xué)尹首一教授、魏少軍教授及香港科技大學(xué)涂鋒斌教授研究團(tuán)隊(duì)提出了可重構(gòu)數(shù)字存算一體架構(gòu)，設(shè)計(jì)出國際首款面向通用云端高算力場(chǎng)景的存算一體AI芯片ReDCIM。該芯片首次在存算一體架構(gòu)上同時(shí)支持高精度浮點(diǎn)與整數(shù)計(jì)算，可滿足數(shù)據(jù)中心級(jí)的云端AI推理和訓(xùn)練等各種應(yīng)用智能場(chǎng)景需求。該架構(gòu)范式為突破人工智能芯片的「存儲(chǔ)墻」瓶頸奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

自主開發(fā)41比特“莊子”一維超導(dǎo)量子芯片 

中國科學(xué)院物理研究所范桁、許凱、鄭東寧研究團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)出41比特一維超導(dǎo)量子芯片，設(shè)計(jì)了多達(dá)41個(gè)量子比特的對(duì)角Aubry-André-Harper （AAH）模型的各種實(shí)例，并應(yīng)用動(dòng)態(tài)光譜技術(shù)實(shí)驗(yàn)成功模擬了著名的「霍夫施塔特蝴蝶」能譜以及各種新奇拓?fù)淞隳Ｊ?。通過使用由高度可控的Floquet工程輔助的超導(dǎo)量子處理器，建立了一種通用的混合量子模擬方法來探索NISQ時(shí)代的量子拓?fù)湎到y(tǒng)。

基于憶阻器時(shí)空變化的硬件物理熵源在密碼學(xué)研究中的應(yīng)用

北京工業(yè)大學(xué)劉博研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種基于憶阻器時(shí)空漲落作為物理熵源的隨機(jī)數(shù)生成器。研究者驗(yàn)證了憶阻器時(shí)空漲落作為熵源的隨機(jī)性與獨(dú)立性，開辟了利用主成分分析法分析器件間漲落/長(zhǎng)短期記憶-循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析器件周期間漲落的新方法，展示了基于憶阻器時(shí)空變化性生成的隨機(jī)數(shù)的高度隨機(jī)性。

新型感存算一體光電芯片

中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所胡偉達(dá)、苗金水研究團(tuán)隊(duì)在國際上首次提出基于離子-電子耦效應(yīng)的感存算一體神經(jīng)形態(tài)光電探測(cè)芯片，模擬人類視覺感知功能，解決了傳統(tǒng)智能感知系統(tǒng)分立式架構(gòu)帶來的高延遲和高功耗難題，為更大規(guī)模硬件集成神經(jīng)形態(tài)視覺感知芯片奠定了理論與器件基礎(chǔ)。

基于光量子芯片實(shí)現(xiàn)多光子糾纏態(tài)的制備及相干調(diào)控 

南京大學(xué)馬小松、陸延青、祝世寧研究團(tuán)隊(duì)基于集成光學(xué)技術(shù)，首次在硅基光量子芯片上實(shí)現(xiàn)了對(duì)四光子Dicke態(tài)的高質(zhì)量制備、操控和測(cè)量，通過片上量子調(diào)控單元實(shí)現(xiàn)了對(duì)多光子糾纏態(tài)的高精度全局相干調(diào)控，為可重構(gòu)的、多體糾纏的量子態(tài)片上制備與量子調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。

低尺寸鐵電薄膜

北京科技大學(xué)張林興教授、田建軍教授研究團(tuán)隊(duì)成功解決了如何克服鐵電的尺寸效應(yīng)的難題，通過設(shè)計(jì)一種新型層狀極性結(jié)構(gòu)材料——類四方結(jié)構(gòu)鉍氧化物，引入低成本化學(xué)外延法，實(shí)現(xiàn)了1 nm超薄鐵電薄膜的宏觀性能呈現(xiàn)，獲得同尺度下的最優(yōu)鐵電極化。這項(xiàng)工作為小型化和高質(zhì)量的電子器件制造帶來了巨大的潛力。