【北京大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化基金】微納核芯參與的3項AIoT芯片成果入選“集成電路奧林匹克”ISSCC 2023
發(fā)布時間:2023-03-10 來源:北大科技成果
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近日,被業(yè)界譽為“集成電路設(shè)計國際奧林匹克會議”的國際固態(tài)電路大會(ISSCC 2023)在美國舊金山舉行。今年恰逢ISSCC 70周年大慶,也是自2020年疫情以來首次全線下模式召開的芯片設(shè)計領(lǐng)域的國際盛會。在本屆ISSCC上,微納核芯參與的3項AIoT芯片成果成功入選,覆蓋存算一體AI芯片、高能效電容型感知芯片和極低功耗振蕩器芯片,至此微納核芯參與成果已連續(xù)4年入選ISSCC,累計數(shù)量已達(dá)9項,全球排名前列。
01
存算一體AI芯片
面向邊緣AI場景,針對傳統(tǒng)存內(nèi)計算芯片冗余數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生功耗浪費的問題,團(tuán)隊提出基于差值求和計算方式的模擬存內(nèi)計算拓?fù)?,利用邊緣AI場景中輸入特征值逐漸且偶然變化的特點,自適應(yīng)消除冗余數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的功耗,顯著提升神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算能效。
基于上述創(chuàng)新技術(shù),團(tuán)隊研制差值求和模擬存內(nèi)計算芯片,在8-bit輸入/8-bit權(quán)重/全精度輸出的情況下,實現(xiàn)21.38 TOPS/W峰值能效和1.44 TOPS/mm2峰值單位面積算力;在綜合評估指標(biāo)(=能量效率×面積效率)下,達(dá)到26.72 TOPS/W × TOPS/mm2,是世界最好的存內(nèi)計算芯片的1.25倍。
(a)差值求和存內(nèi)計算芯片數(shù)據(jù)流與架構(gòu)圖
(b)存內(nèi)計算芯片顯微照片
02
高能效電容型感知芯片
該工作面向物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用,針對不斷上升的高速高精度電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器需求,實現(xiàn)一款高性能電容傳感器,解決傳統(tǒng)高精度電容傳感器的架構(gòu)不利于高速轉(zhuǎn)換的問題,突破傳統(tǒng)電容采樣過程中采樣熱噪聲造成的性能瓶頸。
團(tuán)隊研制一款基于22nm CMOS工藝的緊湊型高能效電容傳感器芯片,該電路在22nm工藝下實現(xiàn)對0-5.16pF電容值測量,精度達(dá)到37.12aF,在所有高精度(1fFrms噪聲水平)電容傳感器中具有最高的能效(7.9fJ/conv.-step),且達(dá)到71.3dB的信噪比,相較前人的工作將能效提升一倍。
(a)電容傳感器架構(gòu)圖和創(chuàng)新技術(shù)
(b)電容傳感器芯片顯微照片和性能對比圖
03
極低功耗振蕩器芯片
該工作面向智能物聯(lián)網(wǎng)AIoT芯片應(yīng)用,針對需要周期喚醒的AIoT芯片,設(shè)計并實現(xiàn)一款超低功耗晶體振蕩器電路,并實現(xiàn)綜合條件下國際領(lǐng)先的低功耗與計時精度。
團(tuán)隊研制一款基于22nm CMOS工藝的超低功耗32kHz晶體振蕩器芯片。該電路在使用ECS-2X6X音叉型32kHz晶體下,在25?C室溫下的平均功耗僅為0.954nW,取得已發(fā)表過的基于32kHz電流注入晶體振蕩器中功耗最低的世界紀(jì)錄。其在80?C下的功耗僅為1.90nW,為低功耗晶體振蕩器中的世界紀(jì)錄。該晶體振蕩器在長時工作下表現(xiàn)出低至6ppb的Allan誤差(Allan Deviation),取得單電源晶體振蕩器電路的長時穩(wěn)定性世界紀(jì)錄。
(a)電流注入型晶振結(jié)構(gòu)與電路圖
(b)晶振芯片顯微照片
產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值
以上3項國際領(lǐng)先的AIoT芯片技術(shù)對于提升公司AIoT芯片在高能效AI、高精度感知和低功耗等方面的競爭力具有重要意義:
(1)“存算一體AI芯片”具有高能效、高算力、高通用性三大特性,可應(yīng)用于邊緣端AI計算場景,如:圖像識別、語音識別、安防監(jiān)控等。該創(chuàng)新有望與圖像傳感器相結(jié)合,實現(xiàn)針對邊緣端AI的感存算一體高效智能處理。
(2)“高能效電容型感知芯片”具有高能效、高精度、小面積、高轉(zhuǎn)換速度等特點,可廣泛應(yīng)用于面向電容傳感的各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器和前端應(yīng)用中,并且為電容傳感芯片的小型化提供全新的解決方案。
(3)“極低功耗振蕩器芯片”可廣泛應(yīng)用于面向環(huán)境應(yīng)用的IoT芯片中,作為其中低功耗高精度實時時鐘模塊的核心。
公司依托世界領(lǐng)先的芯片科研團(tuán)隊和業(yè)界一流的芯片工程化隊伍,通過豐富的市場資源加速上述3項國際領(lǐng)先AIoT新技術(shù)在實際產(chǎn)品中的應(yīng)用落地,擴大公司在物聯(lián)網(wǎng)、新能源、智能終端、無人智慧系統(tǒng)等領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢。
公司介紹
微納核芯專注于AIoT SoC芯片領(lǐng)域,總部位于杭州,擁有無錫、北京子公司和上海、深圳分公司,已獲得紅杉中國、方正和生(北京大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化基金)、小米產(chǎn)投、立訊精密產(chǎn)投、中航聯(lián)創(chuàng)、毅達(dá)資本和聯(lián)想創(chuàng)投等知名投資機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)資本的投資。公司依托世界領(lǐng)先的芯片科研團(tuán)隊和業(yè)界一流的芯片工程化隊伍,打造AloT芯片技術(shù)“科研成果”到“產(chǎn)業(yè)落地”的持續(xù)性“產(chǎn)學(xué)研循環(huán)”,參與承擔(dān)國家重點研發(fā)計劃等項目。創(chuàng)始團(tuán)隊在“集成電路設(shè)計國際奧林匹克會議”ISSCC上近四年連續(xù)發(fā)表9篇突破當(dāng)前世界紀(jì)錄的AIoT芯片實測成果,其成果入選“2021年度ISSCC最佳芯片展示獎”(為國內(nèi)首次斬獲,與美國Intel公司芯片等一起獲獎)和“2021年度中國半導(dǎo)體十大研究進(jìn)展”。公司擁有國際領(lǐng)先的四大技術(shù)體系,可顯著提升AIoT SoC芯片的低功耗、高精度感知和AI的性能,面向物聯(lián)網(wǎng)、新能源、智能終端、無人智慧系統(tǒng)等未來重要的戰(zhàn)略性應(yīng)用領(lǐng)域。
ISSCC會議介紹
ISSCC會議每年2月中旬在美國舊金山召開,是國際公認(rèn)的規(guī)模最大、領(lǐng)域內(nèi)最權(quán)威、水平最高的芯片設(shè)計領(lǐng)域?qū)W術(shù)會議,被業(yè)界譽為“芯片設(shè)計國際奧林匹克會議”,每年約有200項芯片實測成果入選,約四成的芯片成果來自于國際芯片巨頭公司,例如:英特爾、三星、臺積電、AMD、英偉達(dá)、高通、博通、ADI、TI、聯(lián)發(fā)科等,其余六成左右的芯片成果來自于高校和科研院所;歷史上入選ISSCC的成果代表著當(dāng)年度全球領(lǐng)先水平,展現(xiàn)出芯片技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢,多項“芯片領(lǐng)域里程碑式發(fā)明”在ISSCC首次披露,如:世界上第一個集成模擬放大器芯片(1968年)、第一個8位微處理器芯片(1974年)和32位微處理器芯片(1981年)、第一個1Gb內(nèi)存DRAM芯片(1995年)、第一個多核處理器芯片(2005年)等。
關(guān)于北京大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化基金
北京大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化基金(工商注冊名稱:北京元培科技創(chuàng)新投資中心(有限合伙))是由北京大學(xué)、北京市科技創(chuàng)新基金以及其他多家知名投資機構(gòu)共同發(fā)起設(shè)立的北京大學(xué)第一支科技成果轉(zhuǎn)化基金。經(jīng)過公開遴選,方正和生擔(dān)任基金管理人?;鹨?guī)模超10億元人民幣,存續(xù)期最長可達(dá)12年。作為耐心資本,基金將聚焦高端“硬技術(shù)”領(lǐng)域,以原始創(chuàng)新為主要投資階段,致力于推動科技成果轉(zhuǎn)化,助力國家創(chuàng)新能力提升。
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