清华大学成功研制全球首颗支持片上学习忆阻器存算一体芯片

集微网消息，据清华大学10月9日消息，清华大学集成电路学院教授吴华强、副教授高滨团队基于存算一体计算范式，研制出全球首颗全系统集成的、支持高效片上学习（机器学习能在硬件端直接完成）的忆阻器存算一体芯片，在支持片上学习的忆阻器存算一体芯片领域取得重大突破，有望促进人工智能、自动驾驶可穿戴设备等领域发展。相关成果在线发表于最新一期的《科学》杂志。

钱鹤、吴华强团队经过11年科研“长征”，从忆阻器件到原型芯片再到系统集成，攻克了AI算力瓶颈难题，攻克“卡脖子”关键核心技术，成果涉及忆阻器集成芯片、存算一体系统、ADAM算法加速器......有望促进人工智能、自动驾驶、可穿戴等领域的发展。

记忆电阻器（Memristor，忆阻器），是继电阻、电容、电感之后的第四种电路基本元件。它可以在断电之后，仍能“记忆”通过的电荷，被当做新型纳米电子突触器件。早在1946年，“计算机之父”冯·诺依曼提出并定义了计算机架构，采用二进制的编码，由存储器和处理器分别完成数据存储和计算。但是，随着人工智能等应用对数据存储和计算需求的不断提升，数据来回“搬运”处理，耗时长，功耗大，还可能存在“交通堵塞”的风险。

2020年，钱鹤、吴华强团队基于多阵列忆阻器，搭建了一个全硬件构成的完整存算一体系统，在这个系统上高效运行了卷积神经网络算法，成功验证了图像识别功能，比图形处理器芯片的能效高两个数量级，大幅提升了计算设备的算力，实现了以更小的功耗和更低的硬件成本完成复杂的计算。

集微网了解到，存算一体架构彻底消除了数据在逻辑处理器与存储芯片之间的搬迁问题，减少能量消耗及延迟，在边缘计算和云计算中有广泛的应用前景。

相同任务下，该芯片实现片上学习的能耗仅为先进工艺下专用集成电路（ASIC）系统的1/35，同时有望实现75倍的能效提升。

博士后姚鹏介绍，“存算一体片上学习在实现更低延迟和更小能耗的同时，能够有效保护用户隐私和数据。”该芯片参照仿生类脑处理方式，可实现不同任务的快速“片上训练”与“片上识别”，能够有效完成边缘计算场景下的增量学习任务，以极低的耗电适应新场景、学习新知识，以满足用户的个性化需求。

吴华强希望团队的方案、技术能够走出实验室，切切实实推动科研成果转化，致力服务国家所需、社会所需。