2022-08-11
新闻｜北京大学集成电路学院/集成电路高精尖创新中心黄如院士-杨玉超教授团队在分布式多智能体自组织演化计算研究中取得重要进展
科学技术的进步同时也带来了更加复杂和更具挑战性的问题，大自然以最神奇的方式为人类解决各种难题提供源源不断的灵感，群体智能就是一个很好的例子。在蚁群等复杂系统中，个体通过遵循简单规则发生非线性相互作用可以使得整体表现出个体所不具备的新的结构、性质或功能（图1），这种涌现行为展现出的强大智慧可以作为一种高级计算手段用于求解一些传统计算机难以处理的复杂运算问题。因此设计和开发能够实现类似群体智能行为的多智能体硬件系统是未来构建大规模、高能效、自适应、高鲁棒人工智能系统的关键。然而，群体这一复杂系统中个体数量的庞大性、初始分布的随机性及后续复杂的演化行为极大增加了其硬件实现的困难程度，利用传统规则网络很难模拟其复杂的动力学行为。
图1.自然界中的多智能体系统
针对这一关键问题，北京大学集成电路学院/集成电路高精尖创新中心黄如院士-杨玉超教授课题组从电场调控下导电细丝的生长动力学行为出发，利用忆阻器件自身物理演化规律首次构建了能够高度映射群体智能行为的多智能体自组织演化微观计算系统。在该系统中，大量随机分布的银纳米团簇作为智能体在电场作用下发生自发、动态、实时的...
2022-08-02
新闻 | 集成电路学院黄芊芊研究员入选第十八届中国青年女科学家奖拟获奖名单
近日，第十八届中国青年女科学家奖、2021年度未来女科学家计划拟获奖名单遴选结果揭晓。经第十八届中国青年女科学家奖评审委员会审慎评选，北京大学集成电路学院黄芊芊研究员入选第十八届中国青年女科学家奖拟获奖名单。
黄芊芊
现任北京大学集成电路学院研究员、博士生导师，长期从事后摩尔时代超低功耗微纳电子器件及其应用研究，连续多年在微电子器件领域顶级国际会议IEDM和VLSI上发表论文，取得了一系列具有国际影响力的学术成果，相关成果被国际半导体技术路线指南（ITRS）及国际器件与系统路线指南（IRDS）引用，并与内地集成电路制造领域龙头企业合作研制了世界上首个基于现行标准CMOS工艺平台的互补隧穿器件集成技术。曾获科学探索奖、求是杰出青年学者奖、IEEE电子器件学会青年成就奖、中国电子学会优秀科技工作者等多项重要奖励和荣誉。作为负责人，承担了国家重点研发计划专项课题、国家自然科学基金“集成电路 3~5 纳米节点器件基础问题研究”应急管理项目、国家优青项目等。担任IEDM等国际会议TPC委员、IEEE EDS VLSI Technology & Circuits等...
2022-07-30
7月29日 第二期“未名·芯”论坛顺利举办
7月29日下午14点，由北京大学集成电路学院主办的“未名·芯”论坛第二期通过线上方式顺利举行。本期论坛邀请到苏州敏芯微电子技术股份有限公司董事长李刚博士开展主题为“MEMS全产业链研发”的讲座，集成电路学院李志宏教授主持，近300人线上参会。
本次论坛由北京大学集成电路学院、集成电路高精尖创新中心、北京大学国家集成电路产教融合创新平台、集成电路科学与未来技术北京实验室、北京大学校友会半导体分会联合主办。
主持人李志宏教授
讲座伊始，李志宏教授对李刚博士以及线上听众表达了诚挚的欢迎，接着他通过王阳元院士所强调的“集成电路的科学和工程需要相互交叉并协同创新，必须面向国家发展的战略需求”来表达本次讲座的重要性，他表示集成电路和MEMS本身都是需要面向产业化、实用化的技术，随后介绍李刚博士开启了精彩的报告。
李刚博士线上开讲
李刚博士从MEMS传感器研发特点展开此次讲座，着重介绍了MEMS全产业链研发的概念及其必要性。传感器是半导体行业的重要分支，是承担信息采集功能的唯一器件。不同于平面的集成电路研发...
2022-07-09
北京大学黄如院士-杨玉超教授团队在可校准感知神经元与类脑多模态感知方面取得重要进展
受生物学启发的神经形态感知系统能够有效地处理从外界世界获得的物理信号，具有并行、分布式和事件驱动的优势。在生物感知系统中，感受器感知多模态的环境信息，神经细胞将这些信息编码为脉冲信号，随后脉冲信号被传递到大脑皮层进行进一步的处理。忆阻器由于其丰富的动力学特性，成为模拟生物神经元的重要候选器件,将忆阻器和传感器结合，可以构建高效、多模态的人工感知神经元。然而当前国际上对人工感知神经元的研究主要集中在单一物理信号的感知上，硬件上仍然缺乏能够感知和编码多种物理信号的多感知神经元。神经元与传感器之间的阻抗匹配问题以及神经元的一致性问题也没有得到有效的解决。
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提出了一种基于外延VO2忆阻器的可校准感知神经元，用于解决人工感知神经元的一致性问题以及神经元与不同传感器阻抗匹配的问题。在材料层面上，外延生长的VO2高质量薄膜显著提高了人工神经元的周期间（cycle-to-cycle）一致性；在电路层面上，通过在神经元电路中引入校准电阻，有效调控了神经元的发放频率曲线，从而进一步提高了不同神经元之间（device-to...
2022-07-01
庆祝中国共产党成立101周年
2022-07-01
集成电路学院黄如院士-黄芊芊研究员课题组在内容寻址存储器领域取得重要进展
内容寻址存储器（Content addressable memory, CAM）是以内容进行寻址的存储器，其将输入数据与阵列中存储的所有数据同时进行比较并输出相应的匹配信息，能在存储器内部以高并行度和高能效实现搜索与相似度检测运算，减少了数据传输，近年来在完成边缘智能计算等任务中展现出极大的潜力。传统基于SRAM的CAM除了实现数据的存储，还需要额外的硬件开销实现数据的比较操作。为了降低执行CAM操作所需要的硬件代价，当前国际上相继探索采用新型非易失存储器（如阻变存储器、相变存储器、铁电晶体管等）的CAM实现方案，但均需要基于双分支互补的数据存储单元和比较电路来实现核心的线性不可分的比较操作，且进一步实现多值CAM需要额外的搜索电路，仍存在硬件开销大、运算能耗高等问题。
针对这一关键问题，北京大学集成电路学院黄如院士和黄芊芊研究员课题组在国际上首次以单支路单个器件实现了CAM操作，提出并实验制备了具有双极特性的新型铁电鳍式隧穿场效应晶体管（Fe-FinTFET），无需额外的器件或电路即可同时实现三态CAM和多值CAM操作，极大降低了硬件开销和能耗。提出的Fe-FinT...
2022-06-19
集成电路学院孙广宇获DAC“40岁以下优秀创新者奖”
美国当地时间2022年6月14日，第59届电子设计自动化大会（ACM/IEEE Design Automation Conference, 简称DAC）公布了2022年度获得“DAC 40岁以下优秀创新者奖（DAC Under-40 Innovators Award）”的四位获奖者名单。集成电路学院孙广宇副教授入选。
DAC设立“40岁以下创新者奖”，旨在表彰在电子设计与自动化领域内具备重要影响力及推动力的年轻科研人员。该奖项的提名面向全球学术界和工业界的优秀科研人员，着重选出在商业产品、软硬件系统、算法与工具等方面获得广泛应用的突出成果。
孙广宇本次获奖是表彰其在体系架构设计与自动化方面做出的成果。孙广宇的研究方向包括新型存储架构和领域定制化加速器架构等，他已经在相关方向发表了150多篇论文。典型成果包括非易失混合缓存、开放式通道SSD、CNN加速器的天花板模型等，获得三次最佳论文奖和三次最佳论文提名，并且在百度数据中心等实际场景获得验证和应用。
今年的奖项选出在逻辑综合、系统架构、电路设计等方向有突出贡献的四位代表，除了我院的孙广宇副教授，其他获奖者...
2022-04-11
北京大学杨玉超教授与合作者在Nature Reviews Materials上发表基于动态忆阻器实现高阶复杂性类脑计算综述论文
自上世纪中叶以来，计算机和计算芯片以晶体管为基本元件构建数字处理电路，摩尔定律驱动计算性能增长。而当晶体管尺寸微缩接近物理极限，摩尔定律面临终结，芯片算力增长逐渐放缓，人类正在步入后摩尔时代。此外，以CPU、GPU为代表的传统芯片架构下计算单元与存储单元的分离也造成频繁的数据搬运，形成速度、功耗瓶颈（冯诺依曼瓶颈），在近年来兴起的神经网络等数据密集型计算任务上问题进一步凸显。未来智能计算需求仍面临指数增长，传统计算架构瓶颈更加突出，亟需从器件创新、架构创新层面为后摩尔时代算力持续增长提供新的驱动力。
近年来，通过存算一体、类脑计算等新型计算范式构建具有高效智能计算芯片与系统已经取得了显著进展。然而，在现有计算系统下全部智能、复杂性、适应性都是由软件编程（事实上是编程的生物智能体-人）所赋予的，器件、电路本身均不具备任何复杂性与适应性。与之相比，生物系统展示出了分子、细胞、系统等多层次、全方位的智能、复杂性与适应性，对于发展新一代智能、高效计算技术具有重要启发意义。
北京大学杨玉超教授与合作者美国密歇根大学Wei D. Lu教授、桑迪亚国家实验室Suhas Kuma...
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
集成电路高精尖创新中心在京成立
2月19日上午，集成电路高精尖创新中心在北京揭牌成立。北京市教委刘宇辉主任，北京市教委柳长安副主任，北京市科委、中关村管委会刘航二级巡视员，北京经济开发区管委会陈小男一级巡视员等领导，北京大学郝平校长，清华大学邱勇校长，北京大学教授、集成电路高精尖创新中心黄如主任，清华大学教授、集成电路高精尖创新中心尤政主任，北京大学张平文副校长，清华大学曾嵘副校长等共建高校专家代表、在京兄弟院校专家学者、企业代表、校友代表、学校相关职能部门负责人、学院师生代表200余人参加会议。揭牌仪式由张平文院士主持。
该中心由北京市政府批准、北京市教委立项成立，依托北京大学、清华大学共同建设，联合北京市集成电路产业重点单位开展深度合作，将两校高水平科学研究和高层次人才培养推进到北京集成电路产业一线，对于加速创新链、产业链、人才链融合，支撑北京集成电路产业可持续高质量发展具有突出意义，是北京服务国家重大战略、深化科研体制机制改革、建设集成电路科技创新高地的重要举措。中心主任由黄如院士和尤政院士共同担任。
与会嘉宾为集成电路高精尖创新中心揭牌
柳长安宣读《关于同意集成电路高精尖创新中...
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。...
2021-12-22
芯快报：唐克超研究员及合作者在智能辐射散热材料研究中取得重要突破
二氧化钒（VO2）的金属-绝缘体相转变具有丰富的物理特性，可实现力学，光学，电学，热学等属性的智能调控和多层面耦合，在先进存储，类脑计算，传感器和热能管理等领域具有广泛应用。近期，集成电路学院的唐克超研究员与加州伯克利大学的Junqiao Wu（吴军桥）教授等在Science杂志发表文章，利用VO2的金属-绝缘体相变特性，首次研制出具有智能开关功能的辐射散热材料（Temperature Adaptive Radiative Coating, TARC）。在建筑物表面温度高于最宜居住温度（22 °C）时，TARC会自动（无能耗）提高红外辐射率，进行辐射散热以实现制冷功能；在建筑物表面温度过低时，TARC会自动（无能耗）降低红外辐射率，以帮助建筑物保暖。在整个过程中，TARC起到的功能类似于无能耗的“智能空调”。从全年平均能耗的角度来看，TARC显著优于所有传统的非智能屋顶材料，将极大地有助于节能减排任务的实现，在科学、经济和生态层面具有重大的价值。
图A：智能辐射散热功能示意图；图B: TARC的结构和原理示意图；图C: 可见光和红外光谱；图D: TARC的...
2021-12-09
2021年全国微电子研究生学术论坛暨北京大学集成电路学院第一届博士研究生论坛成功举办
12月4日，北京大学集成电路学院成功举办了2021年全国微电子研究生学术论坛暨北京大学集成电路学院第一届博士研究生论坛。
2021年是中国共产党成立100周年，也是全国微电子研究生学术论坛举办的第10周年。本届论坛的主题为“集青年志·成中国芯”，由北京大学集成电路学院、国家集成电路产教融合创新平台、集成电路科学与未来技术北京实验室主办，全国十四所院校单位联合举办。论坛以“线下主会场+线上分会场”的举办形式，通过腾讯会议、映目直播相关网络平台进行了同步直播。主会场及各分会场线上直播共吸引到来自国内外的18000余人次观众观看。
上午9时，论坛在北京大学微纳电子大厦一层报告厅正式开幕。北京大学党委常委、副校长黄如院士，清华大学集成电路学院魏少军教授，中国科学院微电子研究所叶甜春研究员和长鑫存储技术有限公司执行副总裁曹堪宇先后作开幕致辞。其中，黄如院士回顾了全国微电子研究生学术论坛的发展历程，对参会青年同学提出殷切嘱托，希望同学们珍惜韶华、刻苦钻研，为中国集成电路专业发展贡献青年力量。开幕式由论坛大会主席、北京大学集成电路学院王源教授主持。
随后的主旨报告环节...
