人民網北京1月12日電 （記者趙竹青）近日，北京大學人工智能研究院陶耀宇研究員、集成電路學院楊玉超教授組成的科研團隊在國際上首次實現了后摩爾新器件異質集成的多物理域融合傅裡葉變換系統。相關成果論文1月9日發表於國際學術期刊《自然·電子》。

當前，傳統硅基器件發展已逼近極限，“摩爾定律”進入瓶頸期。以憶阻器、光電器件為代表的“后摩爾新器件”被視為突破算力與能效困局的新希望，但其支持算子種類單一，難以滿足實際應用多樣化需求。

面對這一挑戰，北大團隊長期攻堅相關“深水區”，創新地將易失性氧化釩器件與非易失性氧化鉭/鉿器件進行了系統級異質集成。這一設計充分發揮了兩類器件在頻率生成調控與存算一體方面的互補優勢，實現了在同一硬件平台上對可變基數、均勻或非均勻離散傅裡葉變換的統一支持。在保証傅裡葉變換精度、降低計算功耗的前提下，可將吞吐率從當前100GS/s級別提升至500GS/s以上。

該成果不僅在計算性能與能效上實現了跨越式提升，更重要的是，它從物理實現層面重新構建了傅裡葉變換的計算邏輯：通過后摩爾新器件的物理導電映射與振蕩機制頻譜生成，將傳統由算法與邏輯電路驅動的計算范式轉化為由器件物理特性驅動的自然演化過程，從而實現了“應用算法—電路架構—器件物理域”的三層融合。這標志著傅裡葉變換硬件架構從算法驅動走向物理域驅動的重大跨越，為突破算力與能效困局開辟了新路徑。

該成果共同第一作者兼通訊作者、北京大學人工智能研究院陶耀宇研究員介紹，這一新技術架構實現了高達99.2%的傅裡葉變換精度，實驗與仿真結果顯示，其吞吐率最高可達504.3GS/s，相比目前最快的硅基芯片提升近4倍，能效提升達96.98倍，同時顯著降低了存儲與互連資源的消耗。

該成果第一作者、北京大學集成電路學院蔡磊博士進一步闡釋了其創新內核：“我們開創性地提出了一套將易失性與非易失性器件異構集成的電路架構，利用‘后摩爾新器件’豐富的物理賦能計算特性優勢，首次實現了一套硬件架構支持電流域、電壓域、頻率域、時間域等多物理域融合計算，讓復雜計算過程發生在‘后摩爾新器件’最適合的物理域中，面向實際應用所需的全譜系計算算子需求，開創了‘后摩爾新器件’多物理域異構的計算新范式，有望引領‘后摩爾時代’新型計算架構發展的新方向。”

這一突破性技術擁有廣闊的應用前景。以具身智能機器人打乒乓球為例，其端側算力需同時高效處理多種高並發、高精度任務，傳統或現有架構難以在有限功耗下全面支持如此多種算子的高並發運算。該成果所提出的多物理域融合計算新范式，有望破解此類實際應用的端側算力瓶頸。

論文通訊作者、北京大學集成電路學院楊玉超教授總結道：“該成果聚焦突破后摩爾新器件的算子譜系擴展難題，有望解決當前眾多前沿領域的低延遲、低功耗信號處理與計算需求。例如，在具身智能落地應用中突破端側算力無法實時和處理高並發、多模態信號的瓶頸﹔在腦機接口等生理信號處理領域，破解長期存在的信號處理功耗高所導致的病患需要多次接受創傷性手術以更換硬件設備的痛點。”

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