基于新型非易失性存儲(chǔ)器的高性能存算一體芯片是指將計(jì)算功能融入新型存儲(chǔ)器件中，并通過(guò)規(guī)?；膳c其他電路元件實(shí)現(xiàn)高度融合。該技術(shù)旨在打破傳統(tǒng)馮·諾依曼存儲(chǔ)和計(jì)算分離的計(jì)算架構(gòu)，突破現(xiàn)有系統(tǒng)的功耗墻瓶頸。作為底層根技術(shù)的存儲(chǔ)器，現(xiàn)有高速動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）和傳統(tǒng)非易失性閃存憑借制造成本低等優(yōu)勢(shì)占據(jù)主流存儲(chǔ)市場(chǎng)，但DRAM的易失性和傳統(tǒng)閃存的低速限制了存算一體架構(gòu)的發(fā)展。部分新興存儲(chǔ)技術(shù)如阻變式存儲(chǔ)器（RRAM）在高速與非易失特性之間實(shí)現(xiàn)了一定程度的平衡，但仍面臨器件穩(wěn)定性等方面的挑戰(zhàn)。而通過(guò)材料和機(jī)制創(chuàng)新，新型非易失性閃存在兼具低功耗和多比特存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了速度的突破，為構(gòu)建高性能存算一體芯片提供了重要支撐。這類芯片有望重塑未來(lái)計(jì)算體系，全面釋放系統(tǒng)能效潛力。

主要技術(shù)方向包括存儲(chǔ)介質(zhì)優(yōu)化、計(jì)算架構(gòu)創(chuàng)新、精度與能效提升、算法與軟件協(xié)同等。①存儲(chǔ)介質(zhì)優(yōu)化：一方面通過(guò)研發(fā)更低功耗、更快讀寫速度和更好耐久性的非易失性存儲(chǔ)材料來(lái)提升器件和芯片性能，另一方面發(fā)展三維集成工藝，將多層存儲(chǔ)單元垂直堆疊，增加存儲(chǔ)密度和計(jì)算并行度，提高芯片能效和算力；②計(jì)算架構(gòu)創(chuàng)新：通過(guò)借鑒生物大腦的神經(jīng)元和突觸結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出更接近人腦信息處理方式的存算一體架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高度并行、自適應(yīng)和低功耗的計(jì)算，適用于人工智能、認(rèn)知計(jì)算等領(lǐng)域；③精度與能效提升：主要通過(guò)優(yōu)化存儲(chǔ)單元的讀寫精度、計(jì)算電路的設(shè)計(jì)以及算法的改進(jìn)等，減少計(jì)算誤差，提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)從器件、電路到架構(gòu)等多個(gè)層面進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)能耗；④算法與軟件協(xié)同：針對(duì)存算一體芯片的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)專門的計(jì)算算法和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，充分發(fā)揮存算一體架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，建立完善的軟件生態(tài)系統(tǒng)，包括編譯器、開(kāi)發(fā)工具、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等，推動(dòng)存算一體技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

基于新型非易失性存儲(chǔ)器的高性能存算一體芯片正朝著多維度蓬勃發(fā)展。在技術(shù)層面，精度與能效持續(xù)提升，集成度不斷提高，多算法適配與可編程性增強(qiáng)，以滿足各類復(fù)雜場(chǎng)景需求。在應(yīng)用層面，在邊緣計(jì)算場(chǎng)景中加速普及，并逐步向大算力通用計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)軍。產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)迅猛，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，生態(tài)系統(tǒng)逐步完善，產(chǎn)學(xué)研合作也日益緊密。與此同時(shí)，安全可靠性備受重視，可靠性設(shè)計(jì)持續(xù)優(yōu)化，安全防護(hù)功能不斷強(qiáng)化，全方位保障芯片在各場(chǎng)景下的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

該前沿主題2018-2023年核心專利公開(kāi)總量、被引情況和平均公開(kāi)時(shí)間見(jiàn)表3.15，逐年公開(kāi)量見(jiàn)表3.16。

內(nèi)容取自《全球工程前沿2024》

周鵬，復(fù)旦大學(xué)教授。致力于先進(jìn)電子器件創(chuàng)新研究，實(shí)現(xiàn)了高面積效率單晶體管邏輯、低泄漏、低SS的MBCFET，發(fā)明了硅基二維異質(zhì)集成CFET技術(shù)；提出的浮柵存儲(chǔ)器具有10 ns超快寫入速度，壽命高于八百萬(wàn)次；利用正負(fù)光電導(dǎo)的存儲(chǔ)研發(fā)了感存算“全在一”功能器件，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)圖像檢測(cè)。獲基金委國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目資助，入選萬(wàn)人計(jì)劃領(lǐng)軍人才。獲騰訊探索獎(jiǎng)、上海市青年科技杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、教育部和上海市自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、NR45青年科學(xué)家獎(jiǎng)等。主持科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，基金委重大、重點(diǎn)項(xiàng)目，國(guó)家重大專項(xiàng)等20余項(xiàng)。近五年在Nature、Nature Nanotechnology、Nature Electronics等發(fā)表論文100余篇，被引18000余次，其中高被引21篇。任InfoMat等期刊副主編。