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浙大智慧這樣助力中國芯
作者:浙大新聞辦    發布于:2019-10-29 14:30:20    瀏覽 (1239)

芯片是計算機和互聯網信息世界的硬件“中樞神經”,是我國亟需解決的“卡脖子”技術。多年來浙江大學深耕芯片研發領域,憑借學科門類齊全、創新生態系統的綜合優勢,助力芯片研究作出了浙大貢獻,形成了一批重要成果,培養了一群科研團隊,推進了產學研落地轉化。

加強基礎研究提供應用原動力

以集成電路為基礎的信息產業已然是當今世界的第一大產業,這也為集成電路材料產業帶來空前的巨大市場。從2018年,半導體產品全球銷售突破4770億美元大關,而硅片是集成電路的基礎材料,從根本上支撐著集成電路產業的發展。目前95%以上的集成電路和分立器件都是用高純優質的硅拋光片和外延片制作的。300mm硅片已成為目前國際硅片市場上的主流產品。2018年,全球300mm硅片的出貨面積已占全球半導體硅片出貨面積的約70%,預計到2020年,300mm硅片的出貨面積將占全球半導體硅片出貨面積的80%。

多年來,國內硅片生產企業以供應小尺寸(6英寸及以下)硅片為主。2010年后,在國家科技重大專項(02)的支持下,浙江大學硅材料國家重點實驗室的楊德仁團隊與浙江金瑞泓公司進行產學研合作,在200mm硅片的產業化上取得了突破,形成了具有自身特色的摻氮和摻鍺硅片產品系列。楊德仁團隊系統研究了摻氮直拉硅中的氮關缺陷的行為,闡述了摻氮對空洞型缺陷、氧沉淀及金屬內吸雜能力的影響規律及機制,通過單步退火工藝實現了摻氮直拉硅的高質量無缺陷潔凈區形成和高內吸雜能力,提高了MOS柵極氧化層的完成性和芯片的成品率。通過摻鍺調制了重摻硅片襯底中的晶格失配,實現了無位錯外延片的制備,提高了集成電路的性能。并且,通過設計新型熱場結構,生產出電阻率小于1.5mW.cm的200mm重摻磷硅單晶,這對于降低功率半導體芯片的功耗有很大意義。

目前金瑞泓公司已經形成月產10萬拋光硅片和15萬外延片的生產能力,不僅開拓了高端功率器件用200mm硅片的國內外市場,而且還進入0.13~0.18mm集成電路用的200mm硅片的國內市場,在一定程度上扭轉了200mm硅片完全依賴進口的局面。而且,浙江大學硅材料國家重點實驗室與浙江金瑞泓在300mm普通、摻氮和摻鍺直拉硅單晶的生長和缺陷工程上也已經有了相當的技術積累,為后續進入300mm硅片的研發和生產打下了較好的基礎。2018年,金瑞泓科技(衢州)有限公司投建,項目投產后有望月產10萬片300mm硅片。

類腦芯片“達爾文2”發布

脈沖神經網絡類腦芯片“達爾文2”以及針對該芯片的工具鏈、微操作系統日前發布。該芯片主要面向智慧物聯網應用,單芯片支持的神經元規模達15萬個,在神經元數目上相當于果蠅的神經元數目,是目前已知單芯片神經元規模居全國前列的脈沖神經網絡類腦芯片。

類腦芯片“達爾文2”由浙江大學牽頭研發完成,杭州電子科技大學與華為中央研究院分別參與了芯片研制與算法和應用場景研究工作。“達爾文2”采用55納米工藝,單芯片由576個內核組成,每個內核支持256個神經元,神經突觸超過1000萬,通過系統級擴展可構建千萬級神經元類腦計算系統。

“類腦芯片是用芯片去模擬大腦神經網絡的結構與功能機制,工作原理類似于生物的神經元行為,在圖像物體識別、視頻音頻理解、自然語言處理等應用上有獨到優勢。”研究團隊骨干、浙江大學計算機科學與技術學院馬德副教授說。

 芯片團隊成員浙江大學微電子學院朱曉雷博士介紹說,與傳統芯片相比,類腦芯片對于模糊數據的處理更加擅長,功耗也更低。

“達爾文2”是繼該研究團隊于2015年發布的首款脈沖神經網絡芯片“達爾文1”之后,經過4年科研攻關完成。“達爾文2”的神經元規模方面比“達爾文1”(集成2048個神經元)提高了兩個數量級,同時增強了芯片配置的靈活性和可擴展功能,大幅提升了應用潛力。

“達爾文2”單芯片目前已經完成手勢識別、圖像識別、語音識別、腦電識別等多個應用開發,功耗比傳統計算芯片低2個數量級以上。

微電子學院探索前沿、培育人才

浙江大學微電子學院于2015年5月成立,微電子學院依托電子科學與技術一級學科中的微電子學與固體電子學、電路與系統2個二級學科,建有嵌入式系統教育部工程研究中心、浙江省微納電子器件智能系統及應用研究重點實驗室與浙江大學微納加工中心等科研平臺,成為第一批“國家示范性微電子學院”建設單位,立足于浙江大學自身學科優勢和特點,重點培養集成電路產業急需、創新能力強的工程型人才。

“90年代讀博士的時候,我們腦子里面有很多想法,但沒有實驗條件去實踐,現在的科研環境正在變得越來越好。”浙大信息與電子工程學院院長、黨委副書記楊建義說,“現在同學們的條件越來越好了,科創中心、微納加工平臺等等都為學生們提供了良好的科研環境。我認為,技術問題在這一輪革命中最終都可以被解決,我們需要去面對未來,思考和探索更深層次科學發現,以推動技術的進一步發展。”

(內容整理:吳雅蘭 柯溢能 楊金 朱涵/圖片由受訪者提供。)

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