资讯汇总39期：【科技周报】清华团队研制出新款忆阻器存算一体芯片

资讯汇总 产业研究中心 2023.10.1839期 作者：赵子健 电话：021-38032292 邮箱：zhaozijian@gtjas.com 资格证书编号：S0880520060003 作者：徐淋 电话：021-38677826 邮箱：xulin028941@gtjas.com 资格证书编号：S0880523090005 【科技周报】清华团队研制出新款忆阻器存算一体芯片 摘要： 计算所研制出超导神经形态处理器原型芯片“苏轼”。中国科学院计算技术研究所尤海航和唐光明带领的研究团队研制了超导神经形态处理器原型芯片“苏轼”（SUSHI）。“苏轼”采用中国科学院上海微系统与信息技术研究所自主研发的2微米SIMIT-Nb03超导集成电路工艺进行制备，测试验证并获得了完整神经形态计算网络的正确推理结果，这是国际上首次利用超导计算芯片实现这一功能。相关研究成果入选国际计算机体系结构领域顶级会议MICRO2023。 往期回顾 【双碳周报】国外碳市场配额成交量大幅上升 2023.10.16 【科技周报】清华大学开发出无机材料普适性3D打印新方法 2023.10.12 【双碳周报】国内试点碳市场碳配额周成交均价总体上涨 2023.10.09 【科技周报】微生物所破解埃博拉病毒基因组从头起始复制的分子机制 2023.09.28 【双碳周报】全国碳市场持续回暖 2023.09.25 清华团队研制出新款忆阻器存算一体芯片。清华大学集成电路学院吴华强、高滨课题组基于存算一体计 算范式，研制出全球首款全系统集成、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。相同任务下，该款芯片实现片上学习的能耗仅为先进工艺下专用集成电路系统的3%，揭示了人工智能时代下边缘学习的新范式，为突破冯·诺依曼传统计算架构下的能效、算力瓶颈提供了一种创新发展路径。相关研究成果发表于《Science》期刊。 我国科研人员发现枸杞壮骨的药效物质调控机制。南通大学顾晓松院士与南京中医药大学杨烨、段金廒、顾春艳以及南京师范大学许凯团队合作，发现来源于枸杞的全新核酸类药效物质miR162a，能够直接被哺乳动物消化道吸收并通过血液循环进入各个器官，通过“跨界调控”的形式，直接靶向哺乳动物骨髓间充质干细胞，促进骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞，促进骨细胞生长，治疗骨质疏松。相关研究成果发表于《Engineering》期刊。 上海光机所在大口径衍射透镜标定方面取得进展。中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室针对大口径衍射透镜提出了一种单次曝光的干涉标定方法，为大口径衍射透镜的工程应用提供了有力支撑。超大口径的波带片和光子筛可用于太空干涉望远镜。自支持结构的分束光子筛适用于EUV和软x射线的聚焦成像。多焦光子筛可用于等离子体的x射线干涉诊断。相关研究成果发表于 《OpticsLetters》期刊。 新型水系液流电池可捕获二氧化碳。西湖大学王盼团队与美国哈佛大学、中国科学院大学研发团队合作，开发了一类基于吩嗪衍生物的水溶性有机储能小分子，并提出在水系有机液流电池充放电过程中实现电化学碳捕获一体化的方法。研究人员测试了1,8-ESP的水系液流电池性能，发现这个小分子及由其发展而来的电池，具有“从酸到碱”都适宜的高水溶性、较好的二氧化碳捕获表现、较高的稳定性、良好的抗氧化性和较低的能量成本。该系统有望根据市场与实际需求，来进行储能与碳捕集的及时调整与响应，以获得最大经济效益。相关研究成果发表于《NatureEnergy》期刊。 风险提示：前沿科技发展进程在规制边界、演进路径、商业落地、外部环境等方面不及预期。 导读： 本报告汇编了2023年10月08日到2023年10月14日期间前瞻产业的重要动态，主要涉及未来信息、未来生物、新一代制造、新能源与环保领域中的前沿赛道。 1.技术信息领域 1.1.技术资讯 计算所研制出超导神经形态处理器原型芯片“苏轼” 近日，中国科学院计算技术研究所尤海航和唐光明带领的研究团队研制了超导神经形态处理器原型芯片“苏轼”（SUSHI）。“苏轼”是一款基于超导单磁通量子（SFQ）电路的超导计算芯片。超导SFQ电路同时具有超高计算速度和超低计算功耗的特点，有望突破传统计算在单位体积和单位能耗条件下提升算力困难的瓶颈。该团队提出了基于超导SFQ电路的神经元、权重、和片上网络设计方法，研制出超导神经形态处理器原型芯片。“苏轼”采用中国科学院上海微系统与信息技术研究所自主研发的2微米SIMIT-Nb03超导集成电路工艺进行制备，测试验证并获得了完整神经形态计算网络的正确推理结果，这是国际上首次利用超导计算芯片实现这一功能。“苏轼”具有精度可变性和规模易扩展性，利用十万个约瑟夫森结即可获得每秒近1.4万 亿次突触操作的峰值神经形态处理性能以及每瓦超32万亿次突触操作的高能效。相关研究成果入选国际计算机体系结构领域顶级会议MICRO2023。（中国科学院计算技术研究所，10/08） 操控单原子构建新型量子计算平台可用于研究化学元素甚至分子的量子特性 近日，韩国、日本、西班牙和美国等国科学家通过从扫描隧道显微镜（STM）的尖端发射微波信号来控制钛原子，使这些钛原子执行了量子计算。研究人员首先将钛原子散射在由氧化镁制成的平坦表面上，然后使用STM探针的尖端移动钛原子，将其中3个原子排列成三角形。利用STM尖端发射的微波信号，研究人员能控制其中一个钛原子中单个电子的自旋。通过适当调整微波的频率，它们还可使微波的自旋与其他两个钛原子的自旋相互作用。借助这一方法，研究团队创建了一个简单的由两个量子比特执行的量子运算，并读取出结果。整个操作历时几纳秒，运算速度快于大多数其他类型的量子比特。研究人员表示，通过操纵单个原子和分子组合中的自旋，可将这项技术扩展到约100个量子比特，但再进行扩展将变得极其困难。尽管这一量子计算平台在短期内不太可能与目前的主流量子计算方法媲美，但可用于研究化学元素甚至分子的量子特性。相关研究成果发表于《Science》期刊。（科技日报，10/08） 上海微系统所研制出微型高精度集成钻石量子电流传感器 近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室制备了基于氮空位（NV）量子色心的微型光电一体化集成钻石量子电流传感器。这一传感器的核心元件的尺寸为毫米量级，通过标准的微加工工艺实现。与微加工兼容的光学导入与荧光收集结构的光子探测效率达66%，在0—400A的测量范围内，最低检测限为2mA，并有效利用双自旋共振调制将温度漂移降至1.92ppm℃-1，这提高了传感器的稳定性和可靠性，解决了从研究到应用受到的集成度不足的制约问题。这一成果为当前的量子传感技术提供了稳健且可扩展的平台，在电动汽车、智能电网等多个关键领域拥有良好的应用前景。相关研究成果发表于《AdvancedQuantumTechnologies》期刊。（中国科学院上海微系统与信息技术研究所，10/08） 清华团队研制出新款忆阻器存算一体芯片 近日，清华大学集成电路学院吴华强、高滨课题组基于存算一体计算范式，研制出全球首款全系统集成、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。研发过程中的难点主要体现在：首先，需要解决忆阻器大规模集成问题，课题组不仅优化了器件材料和架构，改善了器件特性，还开发了大规模集成制程；其次，需要解决底层硬件多物理尺度的非理想特性，以提升精度，比如器件的非线性、非对称，阵列的寄生，电路的噪声等；最后，要实现高效的硬件系统，需要算法—架构—电路和器件的协同优化。相同任务下，该款芯片实现片上学习的能耗仅为先进工艺下专用集成电路系统的3%，展现出卓越的能效优势，具有满足人工智能时代高算力需求的应用潜力。该款芯片揭示了人工智能时代下边缘学习的新范式，为突破冯·诺依曼传统计算架构下的能效、算力瓶颈提供了一种创新发展路径。相关研究成果发表于《Science》期刊。（科技日报，10/11） 我国学者构建出深度脉冲神经网络学习框架“惊蜇” 近日，中国科学院自动化所李国齐和北京大学计算机学院田永鸿团队合作构建出深度脉冲神经网络学习框架“惊蜇”。它可以提供全栈式的脉冲深度学习解决方案，能够处理神经形态数据、构建深度脉冲神经网络、部署神经形态芯片。脉冲神经网络被誉为第三代神经网络。它既是神经科学中研究大脑运行原理的基本工具，又因其具有稀疏计算、超低功耗的特性而备受计算科学的关注。随着深度学习方法的引入，脉冲神经网络的性能得到大幅度提升，脉冲深度学习成为计算科学领域新兴的研究热点。借助惊蛰，只需要寥寥数行代码，研究者就能轻松构建并训练深度脉冲神经网络；同时，惊蛰也给用户提供了完美的定义新模型的范例。更重要的是，第三方评测表明，惊蜇的仿真计算速度极快，比其他框架快10倍以上。相关研究成果发表于《ScienceAdvances》期刊。（科技日报，10/11） Kitaev材料量子自旋液体研究获进展 近日，中国科学院理论物理研究所李伟课题组与日本东京大学国际强磁场实验室Matsuda研究组合作，利用兆高斯（100特斯拉）级的强磁场，验证了此前提出的理论预言，找到了35特斯拉和100特斯拉附近的磁场诱导量子相变的证据，支持了强磁场自旋液体在a-RuCl3中的存在。进一步，李伟和中国科学院大学卡弗里理论科学研究所李涵基于此前提出的理论模型，针对 转角度高场实验开展了磁场—转角相图的密度矩阵重正化群计算。结果与最新强磁场实验定量符合，支撑了a-RuCl3在强磁场中存在自旋液体中间相的结论。该工作为探索实际Kitaev材料中的自旋液体、研究其新奇量子性质开辟了新战场。相关研究成果发表于《NatureCommunications》期刊。（中国科学院理论物理研究所，10/12） 量子计算错误识别能力提升十倍 近日，耶鲁大学杰夫·汤普森领导的团队开发了一种可揭示量子计算机出错位置的新方法，将识别量子计算错误的能力提升了10倍。在超高真空室内，量子比特存储在由聚焦激光束固定的单个镱原子的自旋内。研究团队使用一个由10个量子比特组成的阵列，来表征先单独操纵每个量子比特，然后操纵成对量子比特时，发生错误的概率。他们发现这种系统的出错率与现有技术相当：操纵单个量子比特时的出错率为0.1%，成对量子比特则为2%。该研究的独特之处在于：不仅错误率低，而且是在不破坏量子比特的情况下，另辟蹊径对其进行表征。研究人员可在计算过程中监测量子比特，实时检测错误的发生。出错的量子比特发出闪光，没有出错的量子比特不受影响。这一研究将促进大规模量子计算机的研制。相关研究成果发表于《Nature》期刊。（科技日报，10/13） 1.2.政策资讯 工业和信息化部等六部门联合印发《算力基础设施高质量发展行动计划》 近日，工业和信息化部、中央网信办、教育部、国家卫生健康委、中国人民银行、国务院国资委六部门联合印发《算力基础设施高质量发展行动计划》。《行动计划》明确“多元供给，优化布局；需求牵引，强化赋能；创新驱动，汇聚合力；绿色低碳，安全可靠”的基本原则，并制定了到2025年的主要发展目标。算力是集信息计算力、网络运载力、数据存储力于一体的新型生产力，主要通过算力基础设施向社会提供服务。算力基础设施是新型信息基础设施的重要组成部分，对于助推产业转型升级、赋能科技创新发展、实现社会高效治理具有重要意义。《行动计划》提出4个方面保障措施：加强统筹联动，加大金融支持，深化交流协作，强化平台支撑。具体来看，成立算力战略咨询专家委员会，开展前瞻性、战略性问题研究，为算力发展重大决策提供咨询；推动符合条件的项目申报发行基础设施领域不动产投资信托基金，鼓励金融机构加大对绿色低碳算力基础设施的信贷支持力度；充分发挥产业联盟、标准组织的组织引导作用，支持算力企业走出去，积极拓展国际合作渠道；完善中国算力平台和数据采集机制，探索算网存资源的协同对接，有效推动产业链上下游技术创新协作、资源共享。（工业和信息化部，10/10） 2.未来生物领域 2.1.技术资讯