清华大学在支持片上学习忆阻器存算一体芯片领域获重大突破

近日,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。

清华大学在支持片上学习忆阻器存算一体芯片领域获重大突破
图源:清华大学

当前国际上的相关研究主要集中在忆阻器阵列层面的学习功能演示,然而实现全系统集成的、支持高效片上学习的忆阻器芯片仍面临较大挑战,至今尚未实现,主要在于传统的反向传播训练算法所要求的高精度权重更新方式与忆阻器实际特性的适配性较差。

据了解,面向传统存算分离架构制约算力提升的重大挑战,吴华强、高滨创造性提出适配忆阻器存算一体,实现高效片上学习的新型通用算法和架构(STELLAR),有效实现大规模模拟型忆阻器阵列与CMOS的单片三维集成,通过算法、架构、集成方式的全流程协同创新,研制出全球首颗全系统集成的、支持高效片上学习的忆阻器存算一体芯片。

该芯片包含支持完整片上学习所必需的全部电路模块,成功完成图像分类、语音识别和控制任务等多种片上增量学习功能验证,展示出高适应性、高能效、高通用性、高准确率等特点,有效强化智能设备在实际应用场景下的学习适应能力。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3%,展现出卓越的能效优势,极具满足人工智能时代高算力需求的应用潜力,为突破冯·诺依曼传统计算架构下的能效瓶颈提供了一种创新发展路径。

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