【SIST】面向高性能矩阵计算的自旋存算一体芯片研究

本报告围绕国家在高性能矩阵计算方面的重大战略需求，针对传统存算分离架构的算力瓶颈，系统汇报了团队在基于磁存储器（MRAM）的存算一体芯片方向的研究成果。工作主要从“数模混合电路”与“随机自旋计算”两条技术路径展开。其一，提出并流片验证了一种非易失性数字式存算一体架构（nvDCIM），通过单元设计、阵列拓扑与训练算法的协同优化，实现了最高16比特精度且精度无损的矩阵-向量乘运算。实测芯片算力达4.42 TOPS，能效为112.3 TOPS/W，性能达到国际先进水平，相关成果发表在《Nature Electronics》上。其二，创新性地利用MRAM的自旋随机特性，提出基于马尔科夫链的随机计算新方法，实现了对随机信号的高精度调控，并进一步应用于矩阵特征向量求解，仅需对数级器件即可达到98.6%的计算准确度，为推荐算法等应用提供了高效硬件方案。上述工作为人工智能、科学计算等关键领域提供了自主可控、高能效、高算力的基础硬件支撑。

嘉宾介绍：柴正，西安交通大学教授，博士生导师。长期从事新型存储技术、存算一体架构、半导体器件可靠性领域研究，在Nature Electronics、VLSI、IEDM、IEEE EDL（封面1篇）、IEEE TED等微电子领域权威期刊和“奥林匹克会议”等发表论文30余篇，申请发明专利20余项（授权4项）。指导学生多次在中国研究生创“芯”大赛等比赛中获得国家级奖项。