Chip中國芯片科學(xué)十大進展公布

近日，Chip期刊正式發(fā)布了「Chip 2023中國芯片科學(xué)十大進展」。據(jù)悉，Chip期刊由上海交通大學(xué)與Elsevier集團合作出版，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)合實施的「中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目」，為科技部鼓勵發(fā)表「三類高質(zhì)量論文」期刊之一。

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

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Chip 2023中國芯片科學(xué)十大進展

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

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

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

千萬億級算力的全模擬光電智能計算芯片 

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

基于RRAM的28nm存內(nèi)計算宏單元 

中國科學(xué)院微電子所劉明院士、竇春萌研究員團隊提出了混合帶權(quán)重二晶體管——憶阻單元存內(nèi)計算宏電路設(shè)計，并采用研究團隊具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)28nm嵌入式RRAM工藝平臺行了流片，有效抑制了RRAM單元與陣列的非理想因素，實現(xiàn)了高能效、高并行與高準(zhǔn)確度的多比特模擬存內(nèi)計算，為實現(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)彭海琳教授研究團隊實現(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)俞大鵬院士研究團隊在分布式量子計算研究方面取得突破性進展。團隊通過一系列技術(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，使分布式量子計算的大規(guī)模擴展方案成為可能。利用該技術(shù)，研究團隊實現(xiàn)了5個量子芯片的互聯(lián)，構(gòu)成一個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，最終實現(xiàn)了跨三個芯片的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、高濱教授研究團隊基于存算一體計算范式，創(chuàng)造性提出適配憶阻器存算一體實現(xiàn)高效片上學(xué)習(xí)的新型通用算法和架構(gòu)，有效實現(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)高力波教授團隊與南方科技大學(xué)林君浩副教授團隊在二維范德華超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)的晶圓級生長及其機理研究方面取得突破性進展，該成果提出了一種新的「由高到低」的生長策略，實現(xiàn)逐層堆疊生長二維范德華異質(zhì)結(jié)，極大地展現(xiàn)了范德華異質(zhì)結(jié)的靈活性，并首次在實現(xiàn)晶圓級樣品中二維超導(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、邱晨光研究員團隊構(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)錢小石教授團隊開發(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化界面在外加電場調(diào)控下的熵變機理。該工作可進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力。

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Chip 2023中國芯片科學(xué)十大進展提名獎

接近量子極限的二維半導(dǎo)體接觸

南京大學(xué)王欣然、施毅教授團隊與東南大學(xué)王金蘭教授團隊提出了一種軌道雜化增強的新策略，在單層MoS2晶體管中實現(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)劉晨晗教授團隊、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）陳祖煌教授團隊、東南大學(xué)陳云飛教授團隊提出了一個全新機制主動調(diào)控?zé)彷斶\，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)控電壓低和長工作壽命的新型高效反鐵電熱開關(guān)原型器件，填補了國內(nèi)鐵電熱開關(guān)研究領(lǐng)域的空白，增強了熱調(diào)控領(lǐng)域的國際話語權(quán)和國家競爭力。

新型極化激元「光晶體管」

國家納米科學(xué)中心戴慶研究團隊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)揮其對光高壓縮和易調(diào)控的優(yōu)勢，設(shè)計并構(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)馬仁敏教授研究團隊在國際上首次實現(xiàn)了可重構(gòu)相干納米激光陣列，突破了納米激光僅能實現(xiàn)單個或固定陣列相干激射的限制，首次實現(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，不僅對在其它有源系統(tǒng)中實現(xiàn)可重構(gòu)功能具有重要的指導(dǎo)意義，同時也為納米激光走向?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)涂鋒斌教授研究團隊提出了可重構(gòu)數(shù)字存算一體架構(gòu)，設(shè)計出國際首款面向通用云端高算力場景的存算一體AI芯片ReDCIM。該芯片首次在存算一體架構(gòu)上同時支持高精度浮點與整數(shù)計算，可滿足數(shù)據(jù)中心級的云端AI推理和訓(xùn)練等各種應(yīng)用智能場景需求。該架構(gòu)范式為突破人工智能芯片的「存儲墻」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、鄭東寧研究團隊自主開發(fā)出41比特一維超導(dǎo)量子芯片，設(shè)計了多達41個量子比特的對角Aubry-André-Harper （AAH）模型的各種實例，并應(yīng)用動態(tài)光譜技術(shù)實驗成功模擬了著名的「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時代的量子拓?fù)湎到y(tǒng)。

基于憶阻器時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)劉博研究團隊報道了一種基于憶阻器時空漲落作為物理熵源的隨機數(shù)生成器。研究者驗證了憶阻器時空漲落作為熵源的隨機性與獨立性，開辟了利用主成分分析法分析器件間漲落/長短期記憶-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空變化性生成的隨機數(shù)的高度隨機性。

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、苗金水研究團隊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、祝世寧研究團隊基于集成光學(xué)技術(shù)，首次在硅基光量子芯片上實現(xiàn)了對四光子Dicke態(tài)的高質(zhì)量制備、操控和測量，通過片上量子調(diào)控單元實現(xiàn)了對多光子糾纏態(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、田建軍教授研究團隊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。