摘要 本文统计了58款不同结构和不同材料的RRAM器件结构和电学特性参数,根据参数之间的联系建立了器件特性参数的计算模型,用统计学的百分位法计算了器件数据的差异性,获得了RRAM器件参数的定量指标.根据计算结果,我们发现RRAM器件的写时间、擦时间、写能量和数据维持时间均未达到预期指标, ECM器件低阻态时有量子力学效应,而VCM器件则没有量子力学效应. RRAM器件还需要进一步发展才能取代Flash技术.就发展趋势而言, ECM和VCM器件与NOR flash的差距最小,最可能取代NOR flash.

关键词 阻变存储器件; 参数计算模型; 百分位方法; 统计指标; resistive memory devices; parameter calculation model; percentile method; statistical indicators

摘要 人工智能时代对计算芯片的算力和能效都提出了极高要求.存算一体芯片技术被认为是有望解决处理器芯片“存储墙”瓶颈,大幅提升人工智能算力能效和算力密度的关键技术和重要解决方案.SRAM存算一体芯片技术由于其在兼容性、鲁棒性、灵活性等方面的优势,已经得到多个旗舰公司的认可和相关领域的产业布局.本文基于国家自然科学基金委员会第347期“双清论坛(青年)”的讨论内容,回顾SRAM存算一体芯片领域近年来的研究现状和发展趋势,分析并总结了该领域未来的研究需求,凝练关键科学问题并进一步探讨前沿研究方向和科学基金资助战略.

关键词 人工智能; 存算一体; SRAM存算; 科学问题; artificial intelligence; compute-in-memory; SRAM-based CIM; scientific topics

摘要 冯·诺依曼计算架构本质上面临“存储墙”和“功耗墙”瓶颈,近年来摩尔定律的放缓进一步加剧了上述瓶颈.新型存算一体芯片技术通过器件–架构–电路–工艺的协同创新,将数据存储与计算融合一体化,大幅降低数据搬运及其开销,被视为后摩尔时代突破冯·诺依曼架构瓶颈的重要技术方向之一.同时,存算一体芯片通过大规模并行运算方式实现高算力,在一定程度上可以缓解工艺微缩压力,对我国在新一轮人工智能革命中突破算力困境,具有重要的战略意义与应用价值.基于国家自然科学基金委员会第347期“双清论坛(青年)”,本文介绍存算一体芯片领域当前的研究现状,分析了存算一体芯片技术对我国的重要战略意义,展望了未来亟待解决的关键科学问题与技术挑战,并进一步给出了该领域的发展趋势和建议.

关键词 存内计算; 近存计算; 异构集成; 异构架构; in-memory computing; near-memory computing; heterogeneous integration; heterogeneous architecture

摘要 嗅觉研究在环境监测、灾害预警等领域的重要性凸显,联想记忆是生物大脑处理信息的机制,探索嗅觉感知及其跨模态联想对于扩展类脑感知在机器人技术上的应用和发展十分必要.本文基于忆阻设计了嗅觉感知与跨模态联想电路,模拟了嗅觉的基本功能及其情感、记忆效应,主要包括3个模块:气味识别模块以忆阻嗅觉神经元为基础实现对两种气味的识别;高级感知模块搭建情感产生电路生成嗅觉情感,并利用忆阻阻值变化实现对其他模态记忆巩固的影响;延时跨模态联想模块基于忆阻变化规律设计延时电路和联想记忆电路,以情感为强化物实现了嗅觉与其他模态信息的延时联想.最后设计4种情景进行实验,仿真结果表明该电路可以实现嗅觉的感知功能和与其他模态信息的跨模态联想,为机器人嗅觉感知提升提供了可能.

关键词 忆阻; 嗅觉感知; 情感; 联想记忆; 跨模态信息关联; memristor; olfactory perception; emotion; associative memory; different modal information correlations

摘要 矩阵行列式的求解在工程应用中具有重要的意义并得到了广泛的应用,如何高效快速地求解矩阵行列式成为物联网大数据时代的迫切需求.为此,本文提出了一种基于忆阻器的可编程模拟电路,可一步完成任意阶行列式的计算.首先,本工作给出了二阶行列式和三阶行列式的计算电路.在此基础上,通过组合电路的方式得到任意阶数行列式求解电路.同时,该电路还可以通过调节忆阻器的电导和输入电压源来实现可编程的功能. PSPICE的仿真结果表明,该电路的精度在99.4%以上,运行时间比MATLAB仿真快3个数量级,即便在10.0%的误差干扰的情况下,其精度仍能超过93%.相比于数字处理器,该电路在面积开销与功耗上具有显著优势.最后,该电路可通过各个卫星的余弦参数来计算多卫星构成的空间矩阵行列式以辅助定位卫星组合的选择,其计算结果的平均精度可达99.7%.

关键词 忆阻器; 电路设计; 可编程; 行列式; 卫星定位; memristors; circuit design; programmable; determinant; satellite positioning;

摘要 针对武器装备、航空航天等领域高温封装需求,提出一种耐高温微系统气密封装技术.选用氮化铝直接电镀陶瓷基板(direct plated ceramic substrate, DPC)作为封装散热基板,可伐(Kovar)合金作为封装盖板,金锡合金(Au_(80)Sn_(20))作为焊接材料实现气密封装,并通过有限元模拟优化了最小焊接应力下的焊环厚度.根据设计方案制备了集成热敏电阻和微型加速度计的微系统器件.测试结果表明,微系统封装样品焊接质量良好,界面无孔隙和裂纹.将封装后的微系统在200℃下老化1000 h,测试其老化前后的气密性和芯片电性能.结果表明,老化后微系统仍具有较高气密性,封装漏率达到10~(-9)Pa·m~3/s量级,热敏电阻及微型加速度计电信号正常.实验证明该耐高温微系统气密封装技术可满足高温应用可靠性需求,有望应用于航空航天及军工领域.

关键词 高温封装; 微系统; 气密封装; 直接电镀陶瓷基板(DPC); 金锡焊片; 可靠性; high-temperature packaging; microsystem; hermetic packaging; direct plated ceramic substrate (DPC); Au-Sn; reliability;

摘要 基于新型非易失性存储器和存内计算架构的神经网络推理芯片在功耗、速度和存储密度等方面展现出突出的优势,使其在物联网和边缘计算等应用领域受到广泛关注.在本文中,我们详细介绍了一款基于可编程线性忆阻器(programmable linear random-access memory, PLRAM)的存算一体化片上系统芯片的设计和实现方法.为了在资源受限条件下实现高效的推理计算,该系统结合了器件、电路和系统层面的一系列新技术,包括具备每单元7比特存储能力的新器件、数据自适应写入、电路失配补偿,以及基于残差模型训练的模型部署技术.这些新技术帮助该系统实现优越的整体性能,使其具有紧凑的外观尺寸,超过10 TOPS/W的能效和接近95%的计算精度,并被成功应用于一款低功耗、低成本的语音多关键词识别产品.

关键词 存算一体化; 片上系统; 改进型浮栅晶体管; 可编程线性忆阻器; 模型部署技术; in-memory computing; system-on-chip; modified floating gate transistor; PLRAM; model deployment techniques;

摘要 竞技体育是国家体育发展水平的核心竞争力.现代竞技体育训练追求运动成绩不断提高,高水平运动员越来越依赖科学定制的个性化训练规划.随着柔性电子、多功能器件集成、人工智能等技术不断进步,运动传感器逐渐向智能化、多元化、微型化、柔性可穿戴化发展,可以对运动员训练过程产生的信号进行全方位、多角度、多层次采集,通过构建高水平运动员运动数据库,运用大数据分析,实时监控运动员的各项生理指标,预测运动员训练存在的风险,进行合理规避运动损伤,为运动员以及教练团队提供科学化的训练方案.本文从运动员训练中对各种体征信号采集、分析的需求出发,综述了近些年来柔性电子、光电可穿戴传感器的最新研究进展,介绍了不同种类的运动信号检测方法,包括电生理信号监测、电化学传感监测、光电容积描记法监测等,为我国运动员与体育工作者提供最新、最前沿的可穿戴传感器技术总结,为制定更为精准、可量化的科学训练方法与理论提供知识与技术支持,推动我国体育强国建设.

关键词 竞技训练辅助; 可穿戴传感器; 生理信号; 运动监测与评估; athletic training assistant; wearable sensor; physiological signals; kineses monitoring and evaluation;