近日，國際頂級期刊《自然?電子學》（Nature Electronics）刊登了由三星頂尖工程師聯(lián)合哈佛大學研究人員共同創(chuàng)作的前沿學術論文，題為《基于復制和粘貼大腦的神經(jīng)形態(tài)電子學》。論文提出了研發(fā)模擬人腦芯片的愿景，通過復制大腦神經(jīng)元，讓電子芯片實現(xiàn)近似于人類大腦的獨特計算特性，帶來低功耗、易學習、適應環(huán)境等能力，甚至還將擁有一定自主性與認知力。這一科技感十足的構想，再度展現(xiàn)了三星在半導體芯片等技術研發(fā)領域的超前實力。
三星以前瞻性技術研發(fā)為行業(yè)永續(xù)動力
在人工智能技術被廣泛應用的今天，圍繞它的前瞻技術研發(fā)愈加深入，這其中的類腦芯片研究更備受重視。
作為人類重要的運算器官，大腦擁有龐大的算力，擁有至少1000億個神經(jīng)元，數(shù)量約等于銀河系中的恒星數(shù)。這些神經(jīng)元又構成10－15個神經(jīng)連接，將復雜相連的神經(jīng)首尾相接，總長度超過18萬公里。而具備超強的學習能力和低功耗性，也是類腦芯片研究領域一直追求的目標，但實現(xiàn)的過程極具挑戰(zhàn)。因為科學家至今都對神經(jīng)元如何相互連結，以構筑人腦復雜功能所知甚少。但這并不妨礙科技工作者以大腦為“啟發(fā)”，研制具有大腦神經(jīng)網(wǎng)絡結構和功能的電子芯片。
在三星與哈佛此次聯(lián)合發(fā)表的論文中就提到了其研究目標——大腦逆向工程的神經(jīng)形態(tài)學，為類腦芯片領域的研發(fā)提供可能。論文指出，納米電極陣列能有效進入大腦神經(jīng)元，并以極高靈敏度記錄電流信號，進而掌握神經(jīng)元相互連結的位置及相互連結的強度。從這些記錄中，研發(fā)人員可以提取或“復制”神經(jīng)元連接圖，并將其“粘貼”至非揮發(fā)性記憶體（Non－Volatile Memories）上，例如日用固態(tài)硬盤（SSD）中的商業(yè)閃存，或可變電阻式記憶體（RRAM）等新型記憶體等，再藉由對各記憶體的編程，使其得以利用傳導性，重現(xiàn)被復制連線圖的神經(jīng)元連結強度。
三星頂尖工程師聯(lián)合哈佛大學研究人員提出了研發(fā)模擬人腦芯片的愿景
論文還指出，人類大腦至少有1000億個神經(jīng)元，而它們形成的突觸連接更是神經(jīng)元數(shù)量的1000倍以上。因此，最終用于“復制”的神經(jīng)形態(tài)芯片，將具備存儲100萬億個虛擬神經(jīng)元和突觸數(shù)據(jù)的容量。
對此，三星電子表示，三星主導的“3D集成技術”開創(chuàng)了存儲器產(chǎn)業(yè)的新時代，可以使得在一個芯片上集成如此多的存儲芯片成為可能。未來，利用在半導體制造領域的領先經(jīng)驗，三星還將繼續(xù)進行神經(jīng)工學研究，以擴大在下一代人工智能半導體領域的領先地位。
通過論文，人們已經(jīng)足以直觀感受到三星類腦芯片的研發(fā)實力。而在通往人工智能化未來的路上，三星所做的探索還有更多。
例如，三星已成功開發(fā)業(yè)界首款整合人工智能處理能力的高帶寬存儲器HBM－PIM。每個存儲庫內(nèi)都加入了DRAM優(yōu)化AI引擎，可直接提供數(shù)據(jù)儲存位置所需的處理能力，能做到并行處理還可大幅降低數(shù)據(jù)移動。這突破了業(yè)界所討論的馮諾伊曼瓶頸，可加速數(shù)據(jù)中心大規(guī)模數(shù)據(jù)運作、高效能運算系統(tǒng)以及AI移動應用的處理速度，帶來超過兩倍的系統(tǒng)效能，并降低近70％的耗電量。
同時在被稱為“集成電路界奧林匹克”的ISSCC（國際固態(tài)電路會議，是世界學術界和企業(yè)界公認的集成電路設計領域最高級別會議）上，三星被錄取的論文數(shù)量也充分反應了其在該領域的亮眼成績。在ISSCC 2020會議上，三星共有13篇論文入選。今年的ISSCC，三星多篇論文獲獎，內(nèi)容涉及圖像傳感器、3nm、存儲器、AI芯片和領先的5nm手機SoC及數(shù)據(jù)轉換器等多個領域。
得益于在科研領域的研發(fā)積累，三星在推動行業(yè)前瞻性技術邁向商業(yè)化生產(chǎn)應用的過程中貢獻卓著。例如，在近些年備受業(yè)界關注的晶圓代工及CIS研發(fā)等方面就有所體現(xiàn)。
從晶圓代工到CIS研發(fā)，看三星技術的快人一步
作為晶圓代工企業(yè)中的領軍者之一，三星將創(chuàng)新力轉化為推動行業(yè)進步的技術，不斷迭代晶圓的生產(chǎn)工藝，滿足市場對高性能芯片的需求，更突破行業(yè)專家所認為的極限。
在近日舉辦的三星晶圓代工論壇上，三星宣布公司的3nm世代工藝GAE 將于 2022 年投入量產(chǎn)，3nm世代的3GAP則將在2023年量產(chǎn)，2nm世代的2GAP工藝將于2025年面世。尤其在3nm上，三星將實現(xiàn)被業(yè)界一致看好的Gate－All－Around晶體管技術，這一技術能延續(xù)現(xiàn)有半導體的技術路線、增強柵極控制能力、克服當前技術的物理縮放比例和性能限制，將為今后數(shù)據(jù)中心和人工智能等領域發(fā)展提供有力的技術支持。
在CIS（接觸式圖像傳感器）研發(fā)方面，三星的表現(xiàn)也同樣出色。當智能手機的創(chuàng)新力逐漸步入瓶頸，手機廠商都將發(fā)展目光投向了手機攝像頭領域。這成為各家CIS供應商不斷升級技術的驅動力，但就在業(yè)界競爭者深耕幾千像素的攝像頭時，三星率先將CIS推進到“億”級別。
今年9月，三星正式推出旗下首款基于0．64?m像素的2億像素（200Mp）分辨率圖像傳感器ISOCELL HP1，這款產(chǎn)品不僅有著超高分辨率，而且封裝小巧，能很好融于如今的各類手持設備。有了ISOCELL HP1加持，即便在室內(nèi)或傍晚等光線不足的環(huán)境下拍照，也能拍出炒高分辨率照片，看到更清晰的細節(jié)。更驚喜的是，ISOCELL HP1還能以30幀／秒（fps）的速度拍攝8K視頻，且盡可能減少視野損失。
自1974年進入半導體產(chǎn)業(yè)以來，三星在多個半導體領域創(chuàng)造了奇跡，也正在面向未來的科技產(chǎn)業(yè)做廣泛布局。正如三星電子高級技術研究院研究員Donhee Ham所言，“我們提出的愿景非常宏大，但朝著這樣一個宏偉的目標努力，我們將推動機器智能、神經(jīng)科學和半導體技術的邊界。”
