北航研究團隊成功研發(fā)混合隨機計算 SoC 芯片

據《光明日報》報道，由北京航空航天大學(xué)（Beijing Aeronautics University，BUAA）電子與信息工程學(xué)院李洪革教授領(lǐng)導的研究團隊成功開(kāi)發(fā)了一款開(kāi)創(chuàng )性的計算芯片——混合隨機計算 SoC 芯片。該芯片基于完全自主研發(fā)的開(kāi)源 RISC-V 架構，容錯能力強、抗干擾能力強、能效高。它引入了數字表示（重新定義二進(jìn)制數）、計算算法（內存計算）和異構計算架構（SoC 設計）的顛覆性創(chuàng )新。這一成就建立了基于混合隨機數的新計算范式，代表了從數值系統表示到芯片實(shí)現的原創(chuàng )創(chuàng )新，支撐了中國高性能智能計算的進(jìn)步。

計算能力是反映一個(gè)國家工業(yè)基礎的關(guān)鍵指標。高計算能力或高能效是智能計算的核心。然而，當前的計算芯片技術(shù)面臨著(zhù)兩大挑戰：電力墻和建筑墻。前者源于二進(jìn)制信息表示效率低下與功耗高之間的矛盾;后者涉及非硅基芯片與傳統 CMOS 芯片及其計算架構之間的不兼容。

為了解決這些問(wèn)題，該團隊長(cháng)期以來(lái)一直專(zhuān)注于非二進(jìn)制數的計算機制和芯片設計。他們提出了一種新型的數字表示形式——混合隨機數 （HSN），它結合了二進(jìn)制和隨機數。李教授解釋說(shuō)，隨機計算是通過(guò) CMOS 邏輯信號在給定時(shí)間段內保持“高”的概率來(lái)表示值。換句話(huà)說(shuō)，高級脈沖的頻率表示數字概率。

這項研究首次分析和統一了二進(jìn)制數、傳統隨機數和混合隨機數之間的數學(xué)關(guān)系。它為所有三個(gè)系統構建數學(xué)表示并分析它們的特點(diǎn)，包括高容錯性、強抗干擾性和高能效。這項工作為新的計算范式奠定了基礎，為解決硅基計算芯片中的電源和架構壁問(wèn)題鋪平了道路。

目前，該技術(shù)正在商用并應用于觸摸識別、儀表顯示和飛行控制計算等領(lǐng)域。李教授表示，該團隊正在開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)用于混合隨機計算的擴展指令集和微架構。目標是支持語(yǔ)音和圖像處理、智能計算（包括大型 AI 模型加速）和各種形式的復雜計算等功能。片上專(zhuān)用算子可實(shí)現微秒級時(shí)延，滿(mǎn)足專(zhuān)用硬件性能和靈活軟件計算的雙重需求。