存算一体芯片新突破！清华大学研制出首颗存算一体芯片

这几天清华大学又火出圈了。但这次并不是因为招生抢人和饭堂，而是清华大学的芯片研发团队研制出全球首颗全系统集成的存算一体芯片。这是我国、乃至全世界对半导体行业的又一重大突破。

这个芯片由清华大学集成电路学院教授吴华强副教授高滨团队基于存算一体计算范式研制出的全球首颗全系统集成支持高效片上学习（机器学习能在硬件端直接完成）的忆阻器存算一体芯片，是半导体在支持片上学习的忆阻器存算一体芯片领域取得的重大突破。

团队创新设计了适用于忆阻器存算一体的高效片上学习的通用算法和架构（STELLAR），并成功研制出全球首颗全系统集成、支持高效片上学习的忆阻器存算一体芯片。它有望促进人工智能、自动驾驶可穿戴设备等领域的发展！

什么是存算一体芯片？

存算一体芯片是一种集成了存储和计算功能的新型芯片架构。传统的计算机系统中，存储和计算是分离的，数据需要从存储器传输到处理器进行计算。而存算一体芯片将存储单元（通常是内存）与计算单元（通常是处理器）集成在同一片芯片上，这样可以在芯片内部直接进行数据的存储和计算，大大提高了数据处理的效率。

通俗地来讲，存算一体架构类似于新型的“在家办公”模式，彻底减少了通勤的能源消耗，避免了往返通勤所带来的时间延迟，同时显著降低了办公场所的运营成本。这种架构在边缘计算和云计算领域具有广泛的应用前景。

存算芯片的结构一般包括一下各类组件：

1. 计算单元（Compute Units）：存算一体芯片内部集成了多个计算单元，这些单元可以执行各种计算操作，例如矩阵运算、向量运算和逻辑运算。计算单元通常配备了高性能的处理器核心，用于执行复杂的计算任务。

2. 存储单元（Storage Units）：存算一体芯片内部包含存储单元，通常是闪存（Flash）或其他非易失性存储介质。这些存储单元用于存储数据和计算所需的中间结果。存储单元的高速读写能力对于存算一体芯片的性能至关重要。

3. 内部互连网络（Interconnect）：存算一体芯片内部有高效的互连网络，用于连接计算单元和存储单元，实现数据的快速传输和计算结果的返回。这种内部互连网络通常被设计为低延迟和高带宽的结构。

4. 存算一体引擎（Computational Storage Engine）：存算一体芯片通常配备了存算一体引擎，这是一种硬件模块，用于执行存储计算任务。这些任务可以包括数据压缩、加密解密、数据过滤和查询等。存算一体引擎可以在数据存储的同时进行实时计算，提高了数据处理的效率。

5. 高速缓存（Cache）：存算一体芯片内部通常集成了高速缓存，用于临时存储计算过程中的中间数据，减少对主存储器的访问次数，提高计算效率。

6. 管理和控制单元（Management and Control Unit）：这个单元负责存算一体芯片的整体管理和控制。它监测芯片状态、处理错误，管理数据流和任务调度，确保存算一体芯片的正常运行。

审核编辑 黄宇