存算一體芯片新突破！清華大學研制出首顆存算一體芯片

這幾天清華大學又火出圈了。但這次并不是因為招生搶人和飯堂，而是清華大學的芯片研發團隊研制出全球首顆全系統集成的存算一體芯片。這是我國、乃至全世界對半導體行業的又一重大突破。

這個芯片由清華大學集成電路學院教授吳華強副教授高濱團隊基于存算一體計算范式研制出的全球首顆全系統集成支持高效片上學習（機器學習能在硬件端直接完成）的憶阻器存算一體芯片，是半導體在支持片上學習的憶阻器存算一體芯片領域取得的重大突破。

團隊創新設計了適用于憶阻器存算一體的高效片上學習的通用算法和架構（STELLAR），并成功研制出全球首顆全系統集成、支持高效片上學習的憶阻器存算一體芯片。它有望促進人工智能、自動駕駛可穿戴設備等領域的發展！

什么是存算一體芯片？

存算一體芯片是一種集成了存儲和計算功能的新型芯片架構。傳統的計算機系統中，存儲和計算是分離的，數據需要從存儲器傳輸到處理器進行計算。而存算一體芯片將存儲單元（通常是內存）與計算單元（通常是處理器）集成在同一片芯片上，這樣可以在芯片內部直接進行數據的存儲和計算，大大提高了數據處理的效率。

通俗地來講，存算一體架構類似于新型的“在家辦公”模式，徹底減少了通勤的能源消耗，避免了往返通勤所帶來的時間延遲，同時顯著降低了辦公場所的運營成本。這種架構在邊緣計算和云計算領域具有廣泛的應用前景。

存算芯片的結構一般包括一下各類組件：

1. 計算單元（Compute Units）：存算一體芯片內部集成了多個計算單元，這些單元可以執行各種計算操作，例如矩陣運算、向量運算和邏輯運算。計算單元通常配備了高性能的處理器核心，用于執行復雜的計算任務。

2. 存儲單元（Storage Units）：存算一體芯片內部包含存儲單元，通常是閃存（Flash）或其他非易失性存儲介質。這些存儲單元用于存儲數據和計算所需的中間結果。存儲單元的高速讀寫能力對于存算一體芯片的性能至關重要。

3. 內部互連網絡（Interconnect）：存算一體芯片內部有高效的互連網絡，用于連接計算單元和存儲單元，實現數據的快速傳輸和計算結果的返回。這種內部互連網絡通常被設計為低延遲和高帶寬的結構。

4. 存算一體引擎（Computational Storage Engine）：存算一體芯片通常配備了存算一體引擎，這是一種硬件模塊，用于執行存儲計算任務。這些任務可以包括數據壓縮、加密解密、數據過濾和查詢等。存算一體引擎可以在數據存儲的同時進行實時計算，提高了數據處理的效率。

5. 高速緩存（Cache）：存算一體芯片內部通常集成了高速緩存，用于臨時存儲計算過程中的中間數據，減少對主存儲器的訪問次數，提高計算效率。

6. 管理和控制單元（Management and Control Unit）：這個單元負責存算一體芯片的整體管理和控制。它監測芯片狀態、處理錯誤，管理數據流和任務調度，確保存算一體芯片的正常運行。

審核編輯 黃宇