【導(dǎo)讀】當(dāng)類腦智能成為破解傳統(tǒng)算力瓶頸的關(guān)鍵抓手，材料創(chuàng)新與工程化落地的協(xié)同發(fā)力成為破局核心。近日，泰克技術(shù)大牛中國(guó)區(qū)技術(shù)總監(jiān)張欣與華東師范大學(xué)田教授圍繞“鐵電賦能類腦”展開(kāi)深度對(duì)談，跳出實(shí)驗(yàn)室局限，從鐵電材料機(jī)理、器件研發(fā)路徑到測(cè)試技術(shù)支撐，層層拆解，全景呈現(xiàn)鐵電技術(shù)如何為類腦智能注入新動(dòng)能，解鎖存算一體從實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新到工程化落地的進(jìn)階密碼。
“鐵電材料的獨(dú)特性，是類腦器件研發(fā)的核心密碼?！?田教授開(kāi)篇點(diǎn)明核心。他介紹，鐵電材料因晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性破缺，內(nèi)部偶極子在外加電場(chǎng)作用下可有序排列形成鐵電疇，而其疇方向反轉(zhuǎn)時(shí)并非僅有 “上下” 兩態(tài) —— 通過(guò)調(diào)控電場(chǎng)振幅與持續(xù)時(shí)間，能實(shí)現(xiàn)豐富且非易失的中間態(tài)，這與生物大腦突觸的可塑性高度契合，為類腦器件設(shè)計(jì)提供了天然的材料基礎(chǔ)。
基于這一機(jī)理，田教授團(tuán)隊(duì)深耕十年，走出三條核心技術(shù)路徑。其一，通過(guò)鐵電調(diào)控半導(dǎo)體電導(dǎo)，以歐姆定律、基爾霍夫定律實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)矩陣乘加，模擬大腦皮層計(jì)算；其二，創(chuàng)新構(gòu)建鐵電憶容結(jié)構(gòu)，利用位移電流與電容和電壓變化率的線性關(guān)系，規(guī)避焦耳熱問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)低功耗存算一體信息處理；其三，突破鐵電疇調(diào)控技術(shù)，將半導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為可重構(gòu)的 PN/NP 結(jié)，讓光電探測(cè)器實(shí)現(xiàn)多狀態(tài)響應(yīng)，打造 “感存算一體” 的類腦視網(wǎng)膜系統(tǒng)，直接對(duì)自然光圖像進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，為邊緣計(jì)算提供新方案。
相較于 CPU、GPU 依賴存儲(chǔ)器交互導(dǎo)致的延遲、高能耗問(wèn)題，鐵電類腦器件以 “硬件仿生” 思路，直接構(gòu)建電子突觸與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，從根源解決算力痛點(diǎn)。但新器件的研發(fā)，離不開(kāi)精準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備的支撐。田教授結(jié)合多年科研實(shí)踐，提出了關(guān)鍵需求：“鐵電類腦器件需要大量中間態(tài)表征，現(xiàn)有設(shè)備在納安以下小電流測(cè)試時(shí)速度偏慢，一條轉(zhuǎn)移曲線可能要等數(shù)分鐘；同時(shí)，陣列驗(yàn)證階段需要多通道并行測(cè)試，現(xiàn)有設(shè)備通道規(guī)模難以滿足大規(guī)模矩陣乘加運(yùn)算需求。”
這些來(lái)自一線的真實(shí)訴求，正是泰克技術(shù)迭代的核心方向。張欣回應(yīng)道，針對(duì)小電流測(cè)試速度與通道密度兩大痛點(diǎn)，全新推出的機(jī)架式源表已實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵突破：1U 高度設(shè)計(jì)，單主機(jī)可搭載 6 個(gè) SMU 通道，噪聲電流控制在 10 皮安以內(nèi)，采樣速率達(dá) 1 兆 / 秒，兼顧低電流測(cè)試精度與速度；更支持通過(guò) TSP link 總線多臺(tái)堆疊互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)上百個(gè)通道的同步并行工作，且各通道可獨(dú)立控制，完美適配陣列化測(cè)試的規(guī)模化需求。此外，該設(shè)備可與 4200 系列無(wú)縫協(xié)同，形成 “高精度基礎(chǔ)表征 + 規(guī)模化陣列測(cè)試” 的完整解決方案。
“測(cè)試設(shè)備的迭代，是工程化落地的重要支撐?！?田教授對(duì)此高度認(rèn)可。他表示，團(tuán)隊(duì)的核心目標(biāo)是推動(dòng)鐵電類腦技術(shù)與先進(jìn) CMOS 工藝兼容，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模存算一體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工程化落地。這一過(guò)程中，既需要攻克單個(gè)器件的性能優(yōu)化，更需要通過(guò)陣列驗(yàn)證驗(yàn)證技術(shù)可行性，而泰克的多通道、高速度測(cè)試方案，恰好解決了規(guī)?；?yàn)證的核心痛點(diǎn)。
談及未來(lái)，田教授透露，團(tuán)隊(duì)已搭建成熟的微納工藝平臺(tái)，正面向全國(guó)招募材料、電路、微電子、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科背景的青年老師與碩博研究生，共同攻克低能耗類腦智能的工程化難題。泰克也表示，將持續(xù)開(kāi)放硬件接口與軟件定制能力，從鐵電材料的微觀機(jī)理探索，到存算一體器件的工程化突破，4200 始終作為科研核心工具，見(jiàn)證并賦能著 “匠師共研” 的每一步。未來(lái)泰克也將與科研團(tuán)隊(duì)深度聯(lián)合開(kāi)發(fā)，把訓(xùn)練、推理等功能模塊集成到測(cè)試系統(tǒng)中，為鐵電類腦器件的工程化之路保駕護(hù)航 。
總結(jié)
一場(chǎng)跨界對(duì)話，串聯(lián)起鐵電材料創(chuàng)新、類腦器件研發(fā)與測(cè)試技術(shù)賦能的完整鏈路，彰顯了科研創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)賦能的雙向奔赴。從田教授團(tuán)隊(duì)十年深耕的鐵電技術(shù)路徑，到泰克精準(zhǔn)破解測(cè)試痛點(diǎn)的設(shè)備迭代，二者協(xié)同發(fā)力，為鐵電類腦技術(shù)的工程化落地掃清障礙。未來(lái)，隨著科研團(tuán)隊(duì)的多學(xué)科協(xié)同攻關(guān)與泰克的持續(xù)技術(shù)賦能，鐵電類腦技術(shù)必將突破實(shí)驗(yàn)室邊界，實(shí)現(xiàn)與先進(jìn)工藝的深度融合，為智能終端、邊緣計(jì)算等領(lǐng)域打破算力桎梏，開(kāi)啟低能耗類腦智能產(chǎn)業(yè)化的全新篇章。
