上海微系統(tǒng)所助力研制超導(dǎo)神經(jīng)形態(tài)處理器原型芯片—蘇軾（SUSHI）

中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所尤海航研究員、唐光明研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱“上海微系統(tǒng)所”）任潔研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，研制了超導(dǎo)神經(jīng)形態(tài)處理器原型芯片“蘇軾（SUSHI）”，它是一款基于超導(dǎo)單磁通量子（SFQ）電路的超導(dǎo)計(jì)算芯片。該芯片利用上海微系統(tǒng)所超導(dǎo)集成電路設(shè)計(jì)平臺(tái)展開設(shè)計(jì)，采用上海微系統(tǒng)所自主研發(fā)的SIMIT Nb03超導(dǎo)集成電路工藝（配備PDK及單元庫(kù)）進(jìn)行制備（如圖一），基于上海微系統(tǒng)所的超導(dǎo)集成電路測(cè)試平臺(tái)完成測(cè)試，最終成功驗(yàn)證獲得了完整神經(jīng)形態(tài)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的正確推理結(jié)果，在國(guó)際上首次利用超導(dǎo)計(jì)算芯片實(shí)現(xiàn)該功能。

圖一：蘇軾（SUSHI）所在晶圓（SIMIT Nb03工藝）與芯片光鏡照片

“蘇軾（SUSHI）”具有精度可變性和規(guī)模易擴(kuò)展性，利用十萬(wàn)個(gè)約瑟夫森結(jié)即可獲得每秒近1.4萬(wàn)億次突觸操作的峰值神經(jīng)形態(tài)處理性能和每瓦超32萬(wàn)億次突觸操作的高能效。近日，該研究以論文《SUSHI: Ultra-High-Speed and Ultra-Low-Power Neuromorphic Chip Using Superconducting Single-Flux-Quantum Circuits》的形式入選國(guó)際計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議MICRO 2023（56th IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture），上海微系統(tǒng)所任潔研究員、應(yīng)利良正高級(jí)工程師、牛明慧高級(jí)工程師與劉煥麗工程師為該論文共同作者。

超導(dǎo)SFQ電路同時(shí)具有超高計(jì)算速度和超低計(jì)算功耗的特點(diǎn)，有望突破傳統(tǒng)計(jì)算在單位體積和單位能耗條件下提升算力困難的瓶頸，成為新原理計(jì)算領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。上海微系統(tǒng)所已建成超導(dǎo)SFQ芯片研發(fā)平臺(tái)。于2018年開發(fā)了國(guó)內(nèi)第一套Nb基超導(dǎo)IC工藝“SIMIT Nb03”，并作為我國(guó)唯一的超導(dǎo)IC工藝于2020年首次入列IEEE發(fā)布的IRDS超導(dǎo)IC工藝表。

該超導(dǎo)SFQ芯片研發(fā)平臺(tái)（如圖二），可提供與CMOS芯片研發(fā)高度兼容的超導(dǎo)PDK與單元庫(kù)以及自主開發(fā)的系列超導(dǎo)EDA工具、完成大規(guī)模超導(dǎo)SFQ芯片制備和低溫測(cè)試，為合作者提供超導(dǎo)SFQ集成電路設(shè)計(jì)和芯片測(cè)試技術(shù)支持。該平臺(tái)為本單位nanoSQUID、TES和QUBIT方向及中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、上海科技大學(xué)、電子科技大學(xué)、澳門大學(xué)、西南交通大學(xué)等合作單位的研究工作提供了大量技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，打開了我國(guó)超導(dǎo)集成電路發(fā)展的新局面。

圖二：上海微系統(tǒng)所超導(dǎo)SFQ芯片研發(fā)平臺(tái)和技術(shù)支持

審核編輯：劉清