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科研动态

2022-03-25 北京大学集成电路学院黄如院士-叶乐副教授课题组在“超低功耗AIoT芯片”领域取得2项重要研究成果近日，被业界誉为“集成电路国际奥林匹克盛会”的第69届国际固态电路会议（International Solid-State Circuits Conference, ISSCC）采取线上会议形式举办；本届ISSCC大会上，北京大学集成电路学院黄如院士-叶乐副教授课题组的2项“超低功耗智能物联网AIoT芯片”成果，分别收录于前瞻技术（Technology Directions）和存储器（Memory）这两个技术领域，黄如院士-叶乐副教授课题组已连续三年在ISSCC上发表5项“超低功耗智能物联网AIoT芯片”成果，表明北京大学在该领域已处于国际领先水平。具体介绍如下：一、“异步脉冲神经网络处理芯片”成果介绍面向智能物联网应用场景，针对同步时钟和存算分离导致AI处理能效低的问题，课题组提出了无时钟异步脉冲神经网络（SNN）架构及电路拓扑，利用具备天然事件触发特性的脉冲神经网络替代传统的人工神经网络，在实现与ANN可比拟推断精度的同时，能够以超低功耗、超低延迟的代价实现轻量级AI推断处理；该创新使得芯片活跃度与外部事件活跃度高度匹配，提升了计算能效；并且去除了同步时钟...
2022-02-20 北京大学集成电路学院黄如院士-杨玉超教授团队在深度储备池计算硬件研究中取得重要进展储备池计算（Computing）是一种低训练代价、低硬件开销的循环神经网络（RNN），在时序信息处理方面具有广泛的应用，例如波形分类、语音识别、时间序列预测等。储备池计算系统由神经元循环连接的储备池和输出层两部分组成，其中仅有输出层需要训练从而显著降低了训练代价，而系统中的储备池可以由具有短时程特性的非线性器件来实现。当前国际上针对储备池计算系统的研究主要集中在探索使用不同类型的非线性器件（如忆阻器、自旋扭矩振荡器、纳米线网络、半导体光学放大器等）来构建单层储备池，但储备池状态数、记忆容量、复杂动力学特性等的局限在根本上制约了系统本身信息处理能力的提升。针对这一关键问题，北京大学集成电路学院黄如院士-杨玉超教授课题组首次采用可级联短时程非线性单元构建了深度储备池（deep reservoir）计算硬件，通过储备池层数的增加实现了层次化的信息处理能力、更丰富的储备池状态数、更大的记忆容量以及更复杂的动力学特性。该工作在构建深度储备池计算硬件系统、实现层次化的时序信息处理方面迈出了重要的一步。在技术路线上，北京大学集成电路学院研究团队首先研制了可级联的单层储备池硬...
2022-02-09 黄如—叶乐团队研究成果入选2021年度中国半导体十大研究进展以物联网和工业互联网为代表的数字经济产业是国家“十四五”规划和2035远景目标纲要中确定的重点发展方向，是我国实现半导体技术突围的重要机会，也是赋能传统产业转型升级，催生新产业新业态新模式，壮大经济发展的新引擎。智能物联网（AIoT）芯片是物联网的底层硬件载体，为万物智联提供了海量数据来源，AIoT芯片包括数据感知、数据处理（逻辑计算和AI计算）、数据存储、数据传输等四大环节。其中，数据感知环节通常面临两大关键问题：一是能量-信息转换效率低导致的能效瓶颈问题，从而显著降低了物联网设备的电池使用寿命；二是复杂工作环境导致的性能退化和可靠性问题，会导致感知精度下降甚至功能失效。研究高能效、高精度、高可靠性的先进感知芯片成为未来智能物联网AIoT芯片的一个重要方向。近期，北京大学黄如院士—叶乐副教授研究团队提出了动态电荷域功耗自感知技术和动态范围自适应滑动技术，并成功研制了一款国际领先的动态电荷域电容感知芯片，具有国际领先的感知精度和能效，可显著降低物联网节点的功耗水平。该芯片不仅打破了国外在相关芯片领域保持的综合性能世界纪录，还填补了国内在高能效电容感知芯片领域的空白。...
2021-12-21 集成电路学院在后摩尔新器件技术方面取得重要进展、7篇学术论文入选第67届IEDM 近日，第67届国际电子器件大会（IEDM 2021）以线下线上混合的形式召开，其中集成电路学院黄如院士团队发表了7篇高水平学术论文，报道了团队在后摩尔时代集成电路新器件技术的最新进展。北京大学是本届IEDM大会国际上录用论文最多的高校（第一作者单位），这也是北京大学连续十五年在IEDM大会上发表论文。面向后摩尔时代集成电路技术在逻辑、存储和人工智能场景下的应用，黄如院士团队取得了系统性创新成果，助力低功耗高能效智能芯片技术研发。相关内容简介如下。一、先进逻辑器件及可靠性研究 FinFET新结构器件这一里程碑式的技术是推进集成电路产业发展的关键，是14纳米之后先进技术代的主流逻辑器件；在FinFET技术以后，未来3纳米及以下的器件是围栅（GAA）结构的堆叠纳米片/纳米线（stacked nanosheet/nanowire），并且1纳米技术代以后可能会采用互补堆叠器件（CFET）结构。吴燕庆研究员、黄如院士课题组展示了基于单层二硫化钼的堆叠围栅纳米片器件，实现了开态电流超过400μA/μm（@Vd="1V）或700" μA/μm（@Vd="2V），该结果远超...
2021-03-19 微纳电子学系在高端芯片领域取得重要进展被誉为集成电路领域“国际奥林匹克盛会”的国际固态电路会议（International Solid-State Circuits Conference, ISSCC）受新冠病毒疫情影响于2021年2月13日至22日以线上会议形式举办，本次会议是该系列会议的第68届。微纳电子学系在“超低功耗智能物联网芯片(AIoT)”、 “高性能雷达频率源”等高端芯片领域取得重要进展，相关成果在ISSCC上报道。 1. 异步事件驱动型AIoT唤醒芯片面向智能物联网（AIoT）对低功耗唤醒芯片的迫切需求，北京大学黄如院士-叶乐副教授课题组，与浙江省北大信息技术高等研究院、浙江大学、上海芯翼信息科技有限公司合作，提出了国际首创的异步事件驱动型AIoT芯片架构，解决了在随机稀疏应用场景下长时平均功耗高的问题，显著降低了AIoT节点设备的功耗；课题组同时提出了异步脉冲的信号特征提取方法，仅以几十nW的极低功耗代价便实现了信号特征提取；不仅如此，基于“时域帧生成器”和“卷积神经网络”智能推断引擎的技术，结合重训练机制，在具备低功耗的同时，使物联网应用场景因噪声而导致推断精度低的问题得以...
2017-10-30 王玮教授课题组在纳流体晶体生化传感研究中取得重要进展近日，北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院、微米纳米加工技术国家级重点实验室王玮教授课题组在纳流体晶体生化传感研究中取得重要进展。相关成果在线发表于微纳机电系统领域重要期刊《芯片实验室》（Lab on a Chip），题为《基于纳流体晶体与可调制离子浓度极化耦合的高离子浓度环境下超灵敏生物分子电学检测》（Enabling electrical biomolecular detection in high ionic concentrations and enhancement of detection limit thereof by coupling nanofluidic crystal with reconfigurable ion concentration polarization）的学术论文（DOI: 10.1039/C7LC00722A）；第一作者为信息学院2013届本科生毕业生、现麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）博士研究生欧阳伟，王玮与MIT微纳流体与生物微机电系统实验室Jong...
2017-08-29 张海霞教授课题组在仿指纹式多功能电子皮肤研究中取得重要进展作为覆盖人体最大的器官，皮肤在保护人体的同时，其内部庞大的传感网络可实时检测压力、温度等多种物理信号，是人体与外界交互最重要的方式之一。电子皮肤通过模拟人体皮肤的物理特性和传感功能，在可穿戴设备、生物医疗以及机器人领域有着广阔的应用前景，日益受到各界广泛重视。如何在有限的空间内集成更多功能，成为该领域急需解决的关键问题。近日，北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授课题组在材料能源领域重要期刊《纳米能源》（Nano Energy）上发表题为《基于摩擦滑动传感和多孔压阻探测的仿指尖电子皮肤》（Fingertip-inspired electronic skin based on triboelectric sliding sensing and porouspiezoresistive pressure detection）的学术论文（DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.08.001）；第一作者为前沿交叉学科研究院博士研究生陈号天，张海霞为通讯作者。课题组以人类指纹结构为突破口，以人体皮肤传感机制和结构为启发，通过研究皮肤传感生理机制...
2016-06-05 张海霞教授课题组在摩擦诱导静电放电的研究中取得重要进展摩擦起电是生活中常见的科学现象，比如梳头时头发会被梳子“粘”起来；而由摩擦引起的静电放电现象也是为人所熟知的，比如夏天暴雨时的雷鸣电闪和冬天脱毛衣时的轻微“噼啪”声。近年来，摩擦现象被广泛用于采集能量，由此制备了大量用于自供能系统、主动式传感等领域的摩擦发电机。然而，作为极大影响摩擦发电机稳定性和安全性的静电放电现象却一直被忽视。近日，张海霞教授课题组博士研究生苏宗明提出一种非对称的摩擦结构，对摩擦发电机中的放电现象展开了系统的研究和分析。研究首次把静电放电和摩擦发电结合起来，通过非对称结构实现了摩擦诱导的静电放电，并通过光电探测器验证了静电放电的产生；还结合有限元仿真工具细致分析了不同的影响因素（摩擦材料、接触压强和表面结构等），并提出避免静电放电的三个重要措施。该研究成果以《具有直接可控静电放电性能的非对称摩擦纳米发电机》（Asymmetrical triboelectric nanogenerator with controllable direct electrostatic discharge）为题，2016年5月底在线发表于材料科学领域重要期刊《先进功能...
2016-04-12 王玮副教授课题组在纳流体传感方法研究中取得重要进展随着特征尺寸减小至Dukhin长度（通常小于100纳米）以下，离子器件受表面状态影响的表面电导将超过其体电导，从而通过电导就可以获得器件的表面状态。在该纳米尺度下，表面占主导的离子输运即为纳米流体特性；将特异性探针修饰到器件表面后，则可利用上述机理实现相应的特异性生化传感，近年来受到广泛关注。然而，制备纳米尺度器件，并对器件内壁面进行特异性探针修饰，一直是纳流体传感研究的重大挑战。微纳电子学研究院、微米/纳米加工技术国家级重点实验室王玮副教授课题组提出纳流体晶体的新纳流体研究架构，通过在微加工制备的微结构内自组装纳米颗粒，利用颗粒间隙实现了纳流体器件。由于纳米颗粒制备简单，易于表面修饰，纳流体晶体技术非常适于纳流体传感相关研究。近期，我院本科生赵闻达和硕士研究生王宝军基于纳流体晶体，研制出一种具有较高读出一致性的受限空间内纳流体晶体生化传感的新方法，成功解决了之前自组装纳米颗粒晶体几何尺寸一致性差所导致的读出差别较大，从而需复杂自校准的问题。相关研究成果以《受限空间内纳流体晶体生化传感方法》（Biochemical sensing by nanofluidic cr...

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