近期，我國高?？蒲袌F隊分別研制出了高精度可擴展模擬矩陣計算芯片、亞埃米級光譜成像芯片，取得重大突破宏鑫機械設備有限公司 。跟教育小微一起來看——
北京大學
高精度可擴展模擬矩陣計算芯片問世
在數(shù)字計算主導計算機領域半個多世紀后，我國科學家在新型計算架構上取得重大突破——北京大學人工智能研究院孫仲團隊主導，并聯(lián)合集成電路學院研究團隊，成功研制出基于阻變存儲器的高精度、可擴展模擬矩陣計算芯片，首次將模擬計算的精度提升至24位定點精度宏鑫機械設備有限公司 。相關性能評估表明，該芯片在求解大規(guī)模MIMO信號檢測等關鍵科學問題時，計算吞吐量與能效較當前頂級數(shù)字處理器（如圖形處理器GPU）提升百倍至千倍。這一成果標志著我國突破模擬計算世紀難題，在后摩爾時代計算范式變革中取得重大突破，為應對人工智能與6G通信等領域的算力挑戰(zhàn)開辟了全新路徑，相關成果13日發(fā)表于國際學術期刊《自然·電子學》。
論文通訊作者孫仲表示，模擬計算是早期計算機的核心技術，通過物理定律直接運算，具有高并行、低延時、低功耗的先天優(yōu)勢宏鑫機械設備有限公司 。然而，由于傳統(tǒng)模擬計算精度低、難擴展，逐漸被高精度、可編程的數(shù)字計算取代，成為存于教科書中的“老舊技術”?！叭绾巫屇M計算兼具高精度與可擴展性，從而在現(xiàn)代計算任務中發(fā)揮其先天優(yōu)勢，一直是困擾全球科學界的‘世紀難題’。數(shù)字計算雖精度高，但計算速度慢，同時存在馮·諾依曼架構的‘內存墻’問題，已成為人工智能、科學計算和6G通信發(fā)展的瓶頸?！?/p>
模擬矩陣計算電路求解矩陣方程
面對這一挑戰(zhàn)，研究團隊選擇了一條融合創(chuàng)新的道路，他們通過新型信息器件、原創(chuàng)電路和經典算法的協(xié)同設計，首次實現(xiàn)了在精度上可與數(shù)字計算媲美的模擬計算系統(tǒng)，將傳統(tǒng)模擬計算的精度提升了五個數(shù)量級宏鑫機械設備有限公司 。“我們研發(fā)的新方案在保持模擬計算低復雜度優(yōu)勢的同時，實現(xiàn)了與數(shù)字FP32處理器相媲美的計算精度。團隊還提出了塊矩陣模擬計算方法，像拼圖一樣將大問題分解到多個芯片上協(xié)同解決，成功突破了模擬計算的規(guī)模限制，實驗實現(xiàn)了16×16矩陣方程的求解?！?/p>
孫仲透露，通過嚴格的實驗測試和基準對比，該技術展現(xiàn)出卓越性能宏鑫機械設備有限公司 。在算力方面，當求解32×32矩陣求逆問題時，該方案算力已超越高端GPU的單核。當問題規(guī)模擴大至128×128時，計算吞吐量可達頂級數(shù)字處理器的1000倍以上。“這項技術還展現(xiàn)了極致的能效比。在相同精度下，該技術的能效比高出傳統(tǒng)數(shù)字處理器100倍以上，為算力中心能耗問題提供關鍵技術支撐。”
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高精度全模擬矩陣計算求解矩陣方程
“這項突破的意義遠不止于一篇頂刊論文，它的應用前景廣闊，可賦能多元計算場景，有望重塑算力格局宏鑫機械設備有限公司 ?！睂O仲表示，在未來的6G通信領域，它能讓基站以實時且低能耗方式處理海量天線信號，提升網絡容量和能效。對于正在高速發(fā)展中的人工智能技術，這項研究有望加速大模型訓練中計算密集的二階優(yōu)化算法，從而顯著提升訓練效率?！案匾氖牵凸奶匦砸矊娏χС謴碗s信號處理和AI訓推一體在終端設備上的直接運行，大大降低對云端的依賴，進而推動邊緣計算邁向新階段?！?/p>
“這項工作的最大價值在于，它用事實證明，模擬計算能以極高效率和精度解決現(xiàn)代科學和工程中的核心計算問題宏鑫機械設備有限公司 ?？梢哉f，我們?yōu)樗懔μ嵘剿鞒鲆粭l極具潛力的路徑，有望打破數(shù)字計算的長期壟斷，開啟一個算力無處不在且綠色高效的新時代?！睂O仲透露，目前，團隊正積極推進該技術的產業(yè)化進程，盡快將實驗室成果推向市場。
清華大學
亞埃米級光譜成像芯片“玉衡”問世
清華大學電子工程系方璐教授課題組另辟蹊徑，首創(chuàng)了可重構計算光學成像架構，研制出高分辨光譜成像芯片“玉衡”，實現(xiàn)了亞埃米級光譜分辨率、千萬像素級空間分辨率的快照光譜成像宏鑫機械設備有限公司 ?！坝窈狻惫タ肆斯庾V成像系統(tǒng)的分辨率、效率與集成度難題，可廣泛應用于機器智能、機載遙感、天文觀測等領域，有望為暗物質、黑洞等基礎物理前沿研究提供前所未有的新視野。該研究成果15日在線發(fā)表于國際期刊《自然》。
“玉衡”光譜成像芯片概念圖
光，是自然最深邃的語言宏鑫機械設備有限公司 。自1666年牛頓以棱鏡劃開白光，人類便以光譜之筆，書寫對物質與宇宙的理解。光譜記錄著光在不同波長下的強度變化，揭示了物質與光的相互作用，是解析成分、結構與特性的“光學密鑰”。然而，傳統(tǒng)光譜測量受限于分光采集與固化結構，光譜分辨率與成像通量之間長期存在固有矛盾，成為光譜成像領域久未破解的科學難題。
“我們提出可重構計算光學成像架構，將物理分光限制轉化為光子調制與重建過程，挖掘隨機干涉掩膜與鈮酸鋰材料的電光重構特性，實現(xiàn)了高維光譜調制與高通量解調的協(xié)同計算宏鑫機械設備有限公司 。”方璐介紹，團隊由此研制出亞埃米級高分辨光譜成像芯片——“玉衡”，無需在波長維度犧牲通量，每個像素均可獲取完整光譜信息，快照光譜成像的分辨能力提升兩個數(shù)量級，突破了光譜分辨率與成像通量無法兼得的長期瓶頸。
可重構計算光學成像架構
與傳統(tǒng)體型龐大、采集緩慢的高分辨光譜裝置不同，“玉衡”僅約2厘米×2厘米×0.5厘米大小，在400至1000納米的寬光譜范圍內實現(xiàn)了亞埃米級光譜分辨率、千萬像素級空間分辨率的快照光譜成像宏鑫機械設備有限公司 。
“以天文觀測為例，‘玉衡’的快照式成像每秒獲取近萬顆恒星的完整光譜，有望將銀河系千億顆恒星的光譜巡天周期從數(shù)千年縮短至十年以內宏鑫機械設備有限公司 。”方璐介紹，憑借微型化設計，“玉衡”還可搭載于衛(wèi)星，有望在數(shù)年內繪制出人類前所未見的宇宙光譜圖景。
據悉，目前課題組正基于原理樣片，加速工程化樣機與系統(tǒng)級優(yōu)化，并將在10.4米口徑加那利大型望遠鏡上進行測試應用宏鑫機械設備有限公司 。