Chip中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展公布

近日，Chip期刊正式發(fā)布了「Chip 2023中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展」。據悉，Chip期刊由上海交通大學(xué)與Elsevier集團合作出版，是全球唯一聚焦芯片類(lèi)研究的綜合性國際期刊，已入選由中國科協(xié)、教育部、科技部、中科院等單位聯(lián)合實(shí)施的「中國科技期刊卓越行動(dòng)計劃高起點(diǎn)新刊項目」，為科技部鼓勵發(fā)表「三類(lèi)高質(zhì)量論文」期刊之一。

“2023年度中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展”評選旨在致敬和激勵我國芯片工作者的科學(xué)熱情和奉獻精神，提升我國芯片前沿科研的大眾關(guān)注度，助推芯片國產(chǎn)化進(jìn)程。主要從50個(gè)成果中遴選出32項，并由15萬(wàn)人在線(xiàn)投票，最終產(chǎn)生“CHIP 中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展”提名和“CHIP 中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展”。

1
Chip 2023中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展

面向機器視覺(jué)校正的存內計算設計：基于40 nm RRAM多核芯片的混合域多項式加速器 

北京大學(xué)黃如院士、蔡一茂教授團隊首次提出基于阻變存算陣列的混合域三元乘法加速計算策略，高效匹配了霍納多項式加速算法。團隊基于標準40 nm CMOS平臺研制了基于阻變存儲器的多核高階多項式矩陣-向量計算芯片系統，實(shí)現了鏡頭畸變校準，校準效果達到專(zhuān)業(yè)軟件相同校準水平，展現出基于阻變存儲器的存內計算在光學(xué)畸變矯正系統的應用潛力。

仿昆蟲(chóng)光電芯片實(shí)現動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息快速感知 香港理工大學(xué)柴揚教授研究團隊成功研發(fā)出仿生昆蟲(chóng)的光電芯片，該芯片采用感知與計算融合的方式處理動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息，僅需較少資源便能實(shí)現高效的動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息感知和處理。該研究利用具有淺缺陷能級的二硫化鉬光電晶體管，成功模擬了昆蟲(chóng)視覺(jué)系統中梯級神經(jīng)元的響應特性，能有效地融合編碼時(shí)間和空間信息。該成果將為自動(dòng)駕駛、無(wú)人機系統、增強現實(shí)等場(chǎng)景帶來(lái)重要價(jià)值。

千萬(wàn)億級算力的全模擬光電智能計算芯片 

清華大學(xué)戴瓊海院士團隊提出了一種純模擬的光電融合計算芯片，國際上首次實(shí)測光電計算在系統層面，達到頂尖GPU算力的三千七百余倍，能效的四百九十余萬(wàn)倍，證明了光子計算在諸多AI任務(wù)中的優(yōu)越性，在后摩爾定律時(shí)代開(kāi)啟了一系列廣泛的應用前景。

基于RRAM的28nm存內計算宏單元 

中國科學(xué)院微電子所劉明院士、竇春萌研究員團隊提出了混合帶權重二晶體管——憶阻單元存內計算宏電路設計，并采用研究團隊具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)28nm嵌入式RRAM工藝平臺行了流片，有效抑制了RRAM單元與陣列的非理想因素，實(shí)現了高能效、高并行與高準確度的多比特模擬存內計算，為實(shí)現存算一體化邊緣AI加速芯片提供了新思路。

首例外延高κ柵介質(zhì)集成型二維鰭式晶體管 

北京大學(xué)彭海琳教授研究團隊實(shí)現了世界首例二維半導體鰭片/高κ柵氧化物異質(zhì)結陣列的外延生長(cháng)及其三維架構的異質(zhì)集成，并研制了高性能二維鰭式場(chǎng)效應晶體管。該工作解決了二維半導體/高κ柵介質(zhì)精準合成與三維異質(zhì)集成難題，突破了二維半導體應用于高性能低功耗芯片的關(guān)鍵瓶頸，為開(kāi)發(fā)未來(lái)芯片帶來(lái)新機遇。

超低損耗量子芯片互聯(lián) 

南方科技大學(xué)俞大鵬院士研究團隊在分布式量子計算研究方面取得突破性進(jìn)展。團隊通過(guò)一系列技術(shù)創(chuàng )新，將量子芯片互聯(lián)的損耗大幅降低到單芯片上的水平，使分布式量子計算的大規模擴展方案成為可能。利用該技術(shù)，研究團隊實(shí)現了5個(gè)量子芯片的互聯(lián)，構成一個(gè)20比特的分布式超導量子處理器。通過(guò)更多的跨芯片量子態(tài)傳輸和單芯片上的邏輯門(mén)操作，最終實(shí)現了跨三個(gè)芯片的12比特的最大糾纏態(tài)。

面向邊緣學(xué)習的全集成類(lèi)腦憶阻器芯片

清華大學(xué)集成電路學(xué)院吳華強、高濱教授研究團隊基于存算一體計算范式，創(chuàng )造性提出適配憶阻器存算一體實(shí)現高效片上學(xué)習的新型通用算法和架構，有效實(shí)現大規模模擬型憶阻器陣列與CMOS的單片三維集成，通過(guò)算法、架構、集成方式的全流程協(xié)同創(chuàng )新，研制出全球首顆全系統集成的、支持高效片上學(xué)習的憶阻器存算一體芯片。

晶圓級二維范德華超導異質(zhì)結的可控制備 

南京大學(xué)高力波教授團隊與南方科技大學(xué)林君浩副教授團隊在二維范德華超導異質(zhì)結的晶圓級生長(cháng)及其機理研究方面取得突破性進(jìn)展，該成果提出了一種新的「由高到低」的生長(cháng)策略，實(shí)現逐層堆疊生長(cháng)二維范德華異質(zhì)結，極大地展現了范德華異質(zhì)結的靈活性，并首次在實(shí)現晶圓級樣品中二維超導約瑟夫森結的構建，為多功能器件的實(shí)現及量子器件的發(fā)展奠定基礎。

超越硅基極限的彈道二維晶體管 

北京大學(xué)彭練矛院士、邱晨光研究員團隊構筑了10 nm超短溝道彈道二維硒化銦晶體管，開(kāi)創(chuàng )性的提出了「稀土元素釔誘導二維相變理論」，發(fā)明了「原子級可控精準摻雜技術(shù)」打破了傳統離子注入的工程限制，從而成功克服了二維領(lǐng)域金半接觸的國際難題，實(shí)現了國際上迄今速度最快能耗最低的二維半導體晶體管。

界面增強鐵電聚合物中的巨大電熱效應 

上海交通大學(xué)錢(qián)小石教授團隊開(kāi)發(fā)了一種高分子拓撲界面外延技術(shù)，通過(guò)小分子晶體犧牲層誘導高分子極化界面的廣泛形成，使得鐵電聚合物在外界電場(chǎng)作用下展現出巨大熵變，在傳統的偏氟乙烯基弛豫鐵電高分子中實(shí)現了龐電卡效應，并揭示了拓撲外延的極化界面在外加電場(chǎng)調控下的熵變機理。該工作可進(jìn)一步減小電源的尺寸和重量，為潛在的便攜式電卡冷卻裝置提供動(dòng)力。

2
Chip 2023中國芯片科學(xué)十大進(jìn)展提名獎

接近量子極限的二維半導體接觸

南京大學(xué)王欣然、施毅教授團隊與東南大學(xué)王金蘭教授團隊提出了一種軌道雜化增強的新策略，在單層MoS2晶體管中實(shí)現了目前最低的接觸電阻42  Ω·μm，首次低于硅基器件并接近理論量子極限。該工作突破了二維半導體歐姆接觸難題，解決了二維半導體應用于高性能集成電路的關(guān)鍵瓶頸之一。

零碳、高性能熱開(kāi)關(guān)功能器件

南京師范大學(xué)劉晨晗教授團隊、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）陳祖煌教授團隊、東南大學(xué)陳云飛教授團隊提出了一個(gè)全新機制主動(dòng)調控熱輸運，將反鐵電-鐵電可逆相變與熱調控結合，成功開(kāi)發(fā)出高熱開(kāi)關(guān)比、響應速度快、調控電壓低和長(cháng)工作壽命的新型高效反鐵電熱開(kāi)關(guān)原型器件，填補了國內鐵電熱開(kāi)關(guān)研究領(lǐng)域的空白，增強了熱調控領(lǐng)域的國際話(huà)語(yǔ)權和國家競爭力。

新型極化激元「光晶體管」

國家納米科學(xué)中心戴慶研究團隊提出利用極化激元作為光電互聯(lián)媒介的新思路，充分發(fā)揮其對光高壓縮和易調控的優(yōu)勢，設計并構筑了微納尺度的石墨烯/氧化鉬范德華異質(zhì)結，實(shí)現了用一種極化激元調控另一種極化激元開(kāi)關(guān)的「光晶體管」功能。本工作為構筑高集成度光電融合芯片提供了新路徑?！?/p>

相位同步可重構莫爾納米激光器 

北京大學(xué)馬仁敏教授研究團隊在國際上首次實(shí)現了可重構相干納米激光陣列，突破了納米激光僅能實(shí)現單個(gè)或固定陣列相干激射的限制，首次實(shí)現了納米激光陣列的可重構相干控制，是納米激光物理與器件的關(guān)鍵一步，不僅對在其它有源系統中實(shí)現可重構功能具有重要的指導意義，同時(shí)也為納米激光走向實(shí)際應用奠定了重要基礎。

可重構數字存算一體AI芯片 

清華大學(xué)尹首一教授、魏少軍教授及香港科技大學(xué)涂鋒斌教授研究團隊提出了可重構數字存算一體架構，設計出國際首款面向通用云端高算力場(chǎng)景的存算一體AI芯片ReDCIM。該芯片首次在存算一體架構上同時(shí)支持高精度浮點(diǎn)與整數計算，可滿(mǎn)足數據中心級的云端AI推理和訓練等各種應用智能場(chǎng)景需求。該架構范式為突破人工智能芯片的「存儲墻」瓶頸奠定了技術(shù)基礎。

自主開(kāi)發(fā)41比特“莊子”一維超導量子芯片 

中國科學(xué)院物理研究所范桁、許凱、鄭東寧研究團隊自主開(kāi)發(fā)出41比特一維超導量子芯片，設計了多達41個(gè)量子比特的對角Aubry-André-Harper （AAH）模型的各種實(shí)例，并應用動(dòng)態(tài)光譜技術(shù)實(shí)驗成功模擬了著(zhù)名的「霍夫施塔特蝴蝶」能譜以及各種新奇拓撲零模式。通過(guò)使用由高度可控的Floquet工程輔助的超導量子處理器，建立了一種通用的混合量子模擬方法來(lái)探索NISQ時(shí)代的量子拓撲系統。

基于憶阻器時(shí)空變化的硬件物理熵源在密碼學(xué)研究中的應用

北京工業(yè)大學(xué)劉博研究團隊報道了一種基于憶阻器時(shí)空漲落作為物理熵源的隨機數生成器。研究者驗證了憶阻器時(shí)空漲落作為熵源的隨機性與獨立性，開(kāi)辟了利用主成分分析法分析器件間漲落/長(cháng)短期記憶-循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )分析器件周期間漲落的新方法，展示了基于憶阻器時(shí)空變化性生成的隨機數的高度隨機性。

新型感存算一體光電芯片

中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所胡偉達、苗金水研究團隊在國際上首次提出基于離子-電子耦效應的感存算一體神經(jīng)形態(tài)光電探測芯片，模擬人類(lèi)視覺(jué)感知功能，解決了傳統智能感知系統分立式架構帶來(lái)的高延遲和高功耗難題，為更大規模硬件集成神經(jīng)形態(tài)視覺(jué)感知芯片奠定了理論與器件基礎。

基于光量子芯片實(shí)現多光子糾纏態(tài)的制備及相干調控 

南京大學(xué)馬小松、陸延青、祝世寧研究團隊基于集成光學(xué)技術(shù)，首次在硅基光量子芯片上實(shí)現了對四光子Dicke態(tài)的高質(zhì)量制備、操控和測量，通過(guò)片上量子調控單元實(shí)現了對多光子糾纏態(tài)的高精度全局相干調控，為可重構的、多體糾纏的量子態(tài)片上制備與量子調控技術(shù)的應用提供了重要基礎。

低尺寸鐵電薄膜

北京科技大學(xué)張林興教授、田建軍教授研究團隊成功解決了如何克服鐵電的尺寸效應的難題，通過(guò)設計一種新型層狀極性結構材料——類(lèi)四方結構鉍氧化物，引入低成本化學(xué)外延法，實(shí)現了1 nm超薄鐵電薄膜的宏觀(guān)性能呈現，獲得同尺度下的最優(yōu)鐵電極化。這項工作為小型化和高質(zhì)量的電子器件制造帶來(lái)了巨大的潛力。