全球首颗、75倍能效提升，清华研制出支持片上学习忆阻器存算一体芯片

集微网消息，清华大学官方信息显示，十年磨一剑，钱鹤、吴华强带领团队创新设计出适用于忆阻器存算一体的高效片上学习的新型通用算法和架构（STELLAR），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。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1/35，同时有望实现75倍的能效提升。

近期，清华大学集成电路学院吴华强教授、高滨副教授团队基于存算一体计算范式，在支持片上学习的忆阻器存算一体芯片领域取得了重大突破，相关研究成果发表在《科学》（Science）上。

忆阻器存算一体技术从底层器件、电路架构和计算理论全面颠覆了冯·诺依曼传统计算架构，可实现算力和能效的跨越式提升，同时，该技术还可利用底层器件的学习特性，支持实时片上学习，赋能基于本地学习的边缘训练新场景。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，至今还未实现，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。

为解决上述难题，课题组基于存算一体计算范式，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。

据悉，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，有效强化了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。

清华大学官方消息，经历11年科研“长征”，从忆阻器件到原型芯片再到系统集成，该团队协同攻关AI算力瓶颈难题，攻克“卡脖子”关键核心技术，成果涉及忆阻器集成芯片、存算一体系统、ADAM算法加速器......有望促进人工智能、自动驾驶、可穿戴设备等领域的发展。（校对/赵碧莹）