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【中科院清华北大西电教授联合发文:中国芯片面临的重大问题】
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焦耳668
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【中科院清华北大西电教授联合发文:中国芯片面临的重大问题】https://mr.mbd.baidu.com/r/1dmetpHRmiA?f=cp&rs=2603603356&ruk=dubjETjoSS0zU_KKGAY9iA&u=e7ab1117631afd90&urlext=%7B%22cuid%22%3A%22_uHmigaavi_VO-i4g8Sri_iOvtlOu-iu08Sca0aw28KZ0qqSB%22%7D
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图4 器件特征转变
5.2 计算架构的前沿展望
总体来看, 体系结构发展已经进入黄金时代, 各种专用架构层出不穷. 然而, 以大模型为代表的智能应用仍然是计算中最重要且最被广泛应用的负载. 因此, 加速大模型的训练和推理的体系结构成为目前计算机系统结构发展的热点. 另外, 能够提供新特性的新型器件也是体系结构设计的热点. 目前, 体系结构设计总体上有两个趋势, 一个是纵向设计融合, 一个是横向设计融合. 纵向设计融合指的是, 随着芯片制造半导体工艺发展陷入停滞, 体系结构设计不得不从过去分层设计优化, 迈向纵向的跨层次联合优化设计, 如DTCO, 深挖应用、架构、器件到工艺的联合优化, 从而提供更高效的芯片设计. 横向设计融合指的是, 随着智能应用场景开始慢慢固化, 体系结构设计开始从过去对应用分阶段分步骤的设计考量, 迈向对应用各个阶段的联合设计优化. 例如在感–存–算一体化芯片中, 从对视觉感知到存储到最后的计算都在一个芯片上完成; 又例如Chiplet多芯粒集成, 可将不同功能芯粒联合成一个芯片.
面向上述两个趋势, 主要研究方向包括如下几点:
(1) 跨层次一体化设计. 在横向设计融合和纵向设计融合发展趋势下, 不同的设计层次、不同材质的器件、不同的集成方式都成为可能, 这也使得体系结构需要在横向和纵向的联合空间进行设计和优化, 从而在单位面积内集成更多更高效的算力. 而目前, 联合设计工具缺失、异质集成方式多样, 都使得跨层次一体化设计挑战重重.
(2) 专用和通用的兼容. 体系结构设计面临的一个事实是芯片制造成本仍然很高, 周期仍然很长. 例如, 一款典型CPU需要500名工程师花费2年时间才能设计完成. 一个体系结构设计不得不考虑设计成本和设计周期的影响, 也就是说体系结构设计需要具有一定的通用性, 否则很有可能在经过一年到两年的设计生产周期后, 制造出的芯片已经无法支撑当前主流应用, 或者所制造出的芯片只有很少的市场应用, 连成本都无法收回. 因此体系结构设计需要尽可能提高设计效率.
6 集成电路发展意见和建议
面向集成电路领域的前沿发展、国家重大需求以及产业发展瓶颈, 本文分层次探讨了器件工艺、设计方法、计算架构等集成电路各领域的发展现状和趋势, 并提出如下中国集成电路产业生态建设及发展意见.
建设意见1: 未来五年我国集成电路研究的重点方向布局. 未来五年我国集成电路应在如下方向进行重点布局:
(1) 先进器件与集成工艺. 推进EUV等先进图形化技术及系列关键技术研发; 突破器件结构机理与集成工艺瓶颈; 探索新型存储器的非易失存储应用; 实现高迁移率沟道器件与低温逻辑技术; 突破半导体量子计算核心材料研发.
(2) 模拟与射频电路. 实现高度数字化宽带高精度模数转换器芯片架构和电路; 实现基于自主可控工艺的射频毫米波电路模型、关键电路和相控阵芯片; 实现基于Chiplet架构的高效分布式电源管理芯片.
(3) 电路设计方法与计算架构. 实现新一代左移融合的智能化设计工具; 实现基于自主可控工艺节点的高算力、高可靠电路设计方法; 通过高精度、高密度存内计算和芯粒间的高效通信/协作突围高算力封锁; 建立开放生态系统及标准; 实现基于SRAM (static random access memory)及新型存储器件的高能效存算一体芯片和应用.
建设意见2: 制订我国集成电路科技创新的未来发展路线图, 加强顶层设计, 完善系统布局. 结合国情需求和科技创新趋势, 定期更新制订集成电路科技未来创新发展路线图, 前瞻识别关键挑战/机遇, 建设可提供流片服务和实验数据共享的公共创新平台, 牵引体系化演进布局, 支撑国产集成电路科技(新原理、新方法和新技术)的开放协同创新. 探索新型举国体制下的创新模式, 实现使命导向的建制化研究. 加强对集成电路技术基础理论和关键应用领域长期持续的资金支持, 针对性资助基础研究、应用研究、装备开发等研究方向.
建设意见3: 产学研创新链协同探索及产教融合集成电路中试平台. 在国家层面加强学术界、产业界深度合作, 建立“工艺–器件–电路–架构–工具–系统"完整产业链条的基础科学中心和协同创新平台, 联合攻关共性关键技术. 建设产教融合集成电路中试平台, 加强高校面向产业应用的人才培养, 支撑企业基础研发, 赋能研究机构.
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