【突破】全球首款!清華團(tuán)隊(duì)重要突破發(fā)布AI光芯片“太極”；國家超算互聯(lián)網(wǎng)上線
1.國家超算互聯(lián)網(wǎng)正式上線，有助于緩解算力供需矛盾
2.工信部：大力發(fā)展基于大模型的智能裝備、軟件等智能產(chǎn)品
3.大尺寸化加速！首片國產(chǎn)8英寸藍(lán)寶石襯底GaN HEMTs晶圓發(fā)布
4.全球首款！清華團(tuán)隊(duì)芯片領(lǐng)域獲重要突破發(fā)布AI光芯片“太極”
5.法雷奧上海嘉定基地開工，從事激光雷達(dá)、域控制器等研發(fā)生產(chǎn)
6.唯捷創(chuàng)芯牽頭，《車用芯片技術(shù) 射頻前端芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)
1.國家超算互聯(lián)網(wǎng)正式上線，有助于緩解算力供需矛盾
集微網(wǎng)消息，4月11日，國家超算互聯(lián)網(wǎng)正式上線，將有助于緩解目前算力供需矛盾，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力，為數(shù)字中國建設(shè)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展等提供堅(jiān)實(shí)支撐。
近年來，我國算力設(shè)施建設(shè)已取得顯著成績，但面對人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，全社會對算力提出更高要求，算力中心亟需突破現(xiàn)有單體運(yùn)營模式。為破解上述難題，2023年4月國家超算互聯(lián)網(wǎng)正式啟動建設(shè)。
目前已有超過200家應(yīng)用、數(shù)據(jù)、模型等服務(wù)商入駐國家超算互聯(lián)網(wǎng)，并提供超過3200款商品。這些商品覆蓋科學(xué)計(jì)算、工業(yè)仿真、AI模型訓(xùn)練等前沿?cái)?shù)字化創(chuàng)新領(lǐng)域，可滿足全社會對先進(jìn)計(jì)算服務(wù)的需求。
據(jù)介紹，國家超算互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合體成員已達(dá)128家，涉及國家超算、區(qū)域算力中心、超算研制機(jī)構(gòu)、算力運(yùn)營、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營、應(yīng)用軟件、技術(shù)服務(wù)等算力各領(lǐng)域。
2.工信部：大力發(fā)展基于大模型的智能裝備、軟件等智能產(chǎn)品
集微消息，4月11日，工業(yè)和信息化部黨組書記、部長金壯龍主持召開人工智能賦能新型工業(yè)化企業(yè)座談會暨第八次制造業(yè)企業(yè)座談會。金壯龍?jiān)跁媳硎荆罅Πl(fā)展基于大模型的智能裝備、軟件等智能產(chǎn)品。
會上，來自人工智能技術(shù)供給側(cè)、智能化轉(zhuǎn)型需求側(cè)的11家企業(yè)負(fù)責(zé)人交流發(fā)言，介紹了底層核心技術(shù)研發(fā)、工業(yè)應(yīng)用場景開拓、產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建等方面的創(chuàng)新實(shí)踐，并提出針對性意見建議。另有14家企業(yè)作書面交流。
金壯龍指出，要落實(shí)全國新型工業(yè)化推進(jìn)大會部署，以人工智能和制造業(yè)深度融合為主線，以智能制造為主攻方向，以場景應(yīng)用為牽引，夯實(shí)人工智能賦能底座，推動制造業(yè)全流程智能化，加快重點(diǎn)行業(yè)智能升級，大力發(fā)展基于大模型的智能裝備、軟件等智能產(chǎn)品，加強(qiáng)人才、標(biāo)準(zhǔn)、檢測能力、開源機(jī)制等支撐體系建設(shè)，推動人工智能全方位、深層次賦能新型工業(yè)化，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力。要充分發(fā)揮我國完備產(chǎn)業(yè)體系和新型信息基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)勢，堅(jiān)定信心，從供給側(cè)、需求側(cè)、基礎(chǔ)側(cè)協(xié)同發(fā)力，加快培育面向工業(yè)領(lǐng)域的大模型，凝練和開放工業(yè)應(yīng)用場景，深化工業(yè)數(shù)據(jù)開發(fā)利用，提升算力供給能力，著力營造良好環(huán)境，積極探索人工智能和工業(yè)融合發(fā)展新路徑，形成雙向賦能的發(fā)展格局。
3.大尺寸化加速！首片國產(chǎn)8英寸藍(lán)寶石襯底GaN HEMTs晶圓發(fā)布
集微網(wǎng)報(bào)道 氮化鎵晶圓的大尺寸化進(jìn)程再次加速。在近日召開的2024九峰山論壇暨中國國際化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)博覽會上，西安電子科技大學(xué)聯(lián)合廣東致能科技展示了全球首片8英寸藍(lán)寶石基氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMTs）晶圓器件。此前，德州儀器的一位高管也表示，該公司正在將其多個晶圓廠的 6 英寸氮化鎵轉(zhuǎn)向 8 英寸晶圓生產(chǎn)。從6英寸晶圓轉(zhuǎn)向8英寸生產(chǎn)的芯片數(shù)量將大幅提升，是半導(dǎo)體器件發(fā)展的必由之路。隨著氮化鎵市場的逐步擴(kuò)大，晶圓的大尺寸化正在加速。
良率超過95%
近日，2024九峰山論壇召開。據(jù)行家說三代半公眾號報(bào)道，西安電子科技大學(xué)郝躍院士、張進(jìn)成教授課題組李祥東團(tuán)隊(duì)與廣東致能科技聯(lián)合攻關(guān)，首次展示了全球首片8英寸藍(lán)寶石基GaN HEMTs晶圓。李祥東教授在會上介紹，通過調(diào)控外延工藝，其氮化鎵外延片不均勻性控制在4%以內(nèi)，所制備的HEMTs器件的cp測試良率超過95%，擊穿電壓突破2000V。
據(jù)了解，目前200V以下以及650V左右的氮化鎵功率HEMT已在8英寸晶圓線上實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，然而在8英寸線上實(shí)現(xiàn)2000V級別的氮化鎵器件的展示尚屬首次。8英寸晶圓將是氮化鎵成為主流電力電子器件的必由之路。一方面，采用藍(lán)寶石襯底可以大幅提升氮化鎵耐壓，藍(lán)寶石襯底技術(shù)路線近年來已被廣泛認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)1200-3300V GaN HEMTs的首選方案。
另一方面，由于轉(zhuǎn)向8英寸晶圓，每片GaN HEMTs晶圓的芯片數(shù)將比6英寸晶圓多近2倍，氮化鎵器件成本與6英寸方案相比也將大幅下降。隨著8英寸藍(lán)寶石襯底制備工藝的日趨成熟和大批量出貨，單片價格將快速下跌。屆時，疊加超薄緩沖層和簡單場板設(shè)計(jì)等優(yōu)勢，藍(lán)寶石基GaN HEMTs晶圓成本有望進(jìn)一步降低，并將對現(xiàn)有硅基MOSFET、IGBT以及碳化硅 MOSFET產(chǎn)生沖擊。
藍(lán)寶石氮化鎵晶圓是一種先進(jìn)的半導(dǎo)體材料，它結(jié)合了氮化鎵的優(yōu)異電子特性和藍(lán)寶石襯底的高熱導(dǎo)性。這種材料在高頻、高功率和高溫度應(yīng)用中表現(xiàn)出色，尤其是在光電子和功率電子領(lǐng)域。今年1月，致能科技還與郝躍院士、張進(jìn)成教授團(tuán)隊(duì)等合作攻關(guān)，通過采用致能科技的薄緩沖層AlGaN/GaN外延片，成功在6英寸藍(lán)寶石襯底上實(shí)現(xiàn)了1700V GaN HEMTs器件。
2027年達(dá)到6.178億美元
近年來，隨著低碳綠色需求的增長，氮化鎵器件的應(yīng)用范圍也在不斷增加。消費(fèi)領(lǐng)域一直是 OEM 采用氮化鎵的主要推動力，由于電子設(shè)備對更快、更便宜和更環(huán)保的供電的需求，快速充電一直是氮化鎵器件的主要應(yīng)用。但氮化鎵技術(shù)日趨成熟，該材料開始滲透到工業(yè)、汽車、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用中。Yole Intelligence預(yù)測，氮化鎵器件在汽車和出行行業(yè)的市場將從 2021年的530萬美元增長到2027年的3.089億美元，復(fù)合年增長率高達(dá)97%。電信/數(shù)據(jù)通信將以69%的年增長率增長，到2027年達(dá)到6.178億美元。
在汽車電動化與智能化趨勢下，汽車搭載的電子電力系統(tǒng)越來越多。氮化鎵已率先在車載激光雷達(dá)產(chǎn)品中落地應(yīng)用，優(yōu)越的開關(guān)性能使得氮化鎵十分適用于車載激光雷達(dá)。2023年，英諾賽科低壓車規(guī)級氮化鎵產(chǎn)品已在頭部車企的車載激光雷達(dá)中得到量產(chǎn)應(yīng)用。在新能源汽車領(lǐng)域，氮化鎵器件在中低端汽車市場發(fā)展空間較大，目前主要占據(jù)400V以下應(yīng)用。同時，GaN器件也在往高壓應(yīng)用上推進(jìn)研發(fā)。據(jù)悉，博世正在開發(fā)一種用于汽車的1200V氮化鎵技術(shù)。
對于數(shù)據(jù)中心而言，隨著AI大模型熱潮的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心計(jì)算需求不斷增加，對高效、可靠且節(jié)能的硬件組件的需求也日益迫切。氮化鎵由于其優(yōu)越的電學(xué)性質(zhì)，將在數(shù)據(jù)中心中發(fā)揮更加重要的作用。氮化鎵能夠提高電力轉(zhuǎn)換效率，降低能源浪費(fèi)，這將有助于支持AI系統(tǒng)更高效地運(yùn)行，特別是在需要大量計(jì)算資源的場景下。同時，氮化鎵的可靠性也可能為AI系統(tǒng)提供更穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，減少因硬件故障導(dǎo)致的系統(tǒng)中斷。
Yole Intelligence預(yù)測，到 2027 年，功率氮化鎵器件市場的價值將達(dá)到20億美元，而2021年為1.26 億美元。Yole Intelligence預(yù)計(jì)，復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)將達(dá)到 59%。隨著氮化鎵滲透到汽車和電信/數(shù)據(jù)通信等應(yīng)用領(lǐng)域，除了獨(dú)特的合作伙伴關(guān)系之外，還出現(xiàn)了許多并購、大量投資。
中國發(fā)揮關(guān)鍵推動
中國將是推進(jìn)氮化鎵應(yīng)用發(fā)展的主要市場之一。中國持續(xù)推進(jìn)數(shù)字化與綠色低碳戰(zhàn)略，目前已經(jīng)成為全球新能源汽車領(lǐng)域最大的創(chuàng)新應(yīng)用的市場；預(yù)計(jì)到2025年，5G通信基站所需氮化鎵射頻器件的國產(chǎn)化率將達(dá)到80%；第三代半導(dǎo)體功率器件將在高速列車、新能源汽車、工業(yè)電機(jī)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用。
與此同時，我國的氮化鎵產(chǎn)業(yè)也在快速發(fā)展。除上述科技成果外，今年初北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了增強(qiáng)型p型柵氮化鎵（GaN）晶體管，并首次在高達(dá)4500V工作電壓下實(shí)現(xiàn)低動態(tài)電阻工作能力。中國科學(xué)院微電子所在氮化鎵器件可靠性及熱管理研究方面取得重要進(jìn)展，高頻高壓中心劉新宇研究員團(tuán)隊(duì)在氮化鎵電子器件可靠性及熱管理方面取得突破，六項(xiàng)研究成果入選第14屆氮化物半導(dǎo)體國際會議ICNS-14（The 14th International Conference on Nitride Semiconductors）。
產(chǎn)業(yè)方面，晶湛半導(dǎo)體氮化鎵外延片生產(chǎn)擴(kuò)建項(xiàng)目于1月份竣工，項(xiàng)目預(yù)計(jì)年產(chǎn)6英寸氮化鎵外延片12萬片，8英寸氮化鎵外延片12萬片；中瓷電子子公司博威第三代半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目已建成并投入使用，項(xiàng)目主要產(chǎn)品為氮化鎵通信基站射頻芯片與器件等產(chǎn)品，產(chǎn)能規(guī)劃為600萬只/年。此外，英諾賽科計(jì)劃赴港上市的消息也引來業(yè)界極大的關(guān)注。據(jù)悉，英諾賽科計(jì)劃募資3億美元，以擴(kuò)大氮化鎵芯片產(chǎn)能。
4.全球首款！清華團(tuán)隊(duì)芯片領(lǐng)域獲重要突破發(fā)布AI光芯片“太極”
隨著各類大模型和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)涌現(xiàn)，如何制造出滿足人工智能發(fā)展、兼具大算力和高能效的下一代AI芯片，已成為國際前沿?zé)狳c(diǎn)。
清華大學(xué)電子工程系方璐副教授課題組、自動化系戴瓊海院士課題組，摒棄傳統(tǒng)電子深度計(jì)算范式，另辟蹊徑首創(chuàng)分布式廣度智能光計(jì)算架構(gòu)，研制全球首款大規(guī)模干涉衍射異構(gòu)集成芯片——太極（Taichi），實(shí)現(xiàn)160 TOPS/W的通用智能計(jì)算。該研究成果于北京時間4月12日凌晨以《大規(guī)模光芯片“太極”賦能160 TOPS/W通用人工智能》為題
發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》（Science）上。
方璐、戴瓊海為論文的通訊作者，電子工程系博士生徐智昊、博士后周天貺（清華大學(xué)水木學(xué)者）為論文第一作者。
“掙脫”算力瓶頸的中國光計(jì)算睿智嘗試
作為人工智能的三駕馬車之一，算力是訓(xùn)練AI模型、推理任務(wù)的關(guān)鍵。倘若把大模型當(dāng)作是做一道精致的菜肴，算力就好比一套稱手的烹飪工具。
世人皆知巧婦難為無米之炊，但再好的廚子，沒有一口好鍋、一把好刀，面對鮮美的食材也只能望而興嘆。
光計(jì)算，顧名思義是將計(jì)算載體從電變?yōu)楣猓霉庠谛酒械膫鞑ミM(jìn)行計(jì)算，以其超高的并行度和速度，被認(rèn)為是未來顛覆性計(jì)算架構(gòu)的最有力競爭方案之一。
光芯片具備高速高并行計(jì)算優(yōu)勢，被寄予希望用來支撐大模型等先進(jìn)人工智能應(yīng)用。
智能光計(jì)算作為新興計(jì)算模態(tài)，在后摩爾時代展現(xiàn)出有望超越硅基電子計(jì)算的潛力。然而其計(jì)算任務(wù)局限于簡單的字符分類、基本的圖像處理等。其痛點(diǎn)是光的計(jì)算優(yōu)勢被困在了不適合的電架構(gòu)中，計(jì)算規(guī)模受限，無法支撐亟需高算力與高能效的復(fù)雜大模型智能計(jì)算。
行勝于言，直面科研領(lǐng)域痛點(diǎn)問題，幫助光計(jì)算“掙脫”算力瓶頸，另辟蹊徑，“從0到1”重新設(shè)計(jì)適合光計(jì)算的新架構(gòu)，是這個清華團(tuán)隊(duì)邁出的關(guān)鍵一步。
光電智能技術(shù)交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)部分成員合影（左三為戴瓊海院士、右二為方璐副教授）
從“無極”而至“太極”的雙向奔赴
從構(gòu)思到實(shí)驗(yàn)，開辟新賽道、做第一個吃螃蟹的人往往都伴隨著巨大的困難與壓力。
每一個研究成果的背后，都凝縮了團(tuán)隊(duì)每一位成員的心血，是歷經(jīng)無數(shù)失敗與徹夜難眠后，結(jié)出的那顆最耀眼的結(jié)晶。但方璐卻將這次科研歷程比擬為一場浪漫的“雙向奔赴”：從算法架構(gòu)上自頂向下探索，在硬件芯片設(shè)計(jì)上自底向上推演。
相異于電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依賴網(wǎng)絡(luò)深度以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算與功能，“太極”光芯片架構(gòu)源自光計(jì)算獨(dú)特的‘全連接’與‘高并行’屬性，化深度計(jì)算為分布式廣度計(jì)算，為實(shí)現(xiàn)規(guī)模易擴(kuò)展、計(jì)算高并行、系統(tǒng)強(qiáng)魯棒的通用智能光計(jì)算探索了新路徑。
據(jù)論文第一作者、電子系博士生徐智昊介紹，在“太極”架構(gòu)中，自頂向下的編碼拆分-解碼重構(gòu)機(jī)制，將復(fù)雜智能任務(wù)化繁為簡，拆分為多通道高并行的子任務(wù)，構(gòu)建的分布式‘大感受野’淺層光網(wǎng)絡(luò)對子任務(wù)分而治之，突破物理模擬器件多層深度級聯(lián)的固有計(jì)算誤差。
化“深”為“廣”：分布式廣度光計(jì)算架構(gòu)
團(tuán)隊(duì)以周易典籍‘易有太極，是生兩儀’為啟發(fā)，建立干涉-衍射聯(lián)合傳播模型，融合衍射光計(jì)算大規(guī)模并行優(yōu)勢與干涉光計(jì)算靈活重構(gòu)特性，將衍射編解碼與干涉特征計(jì)算進(jìn)行部分/整體重構(gòu)復(fù)用，以時序復(fù)用突破通量瓶頸，自底向上支撐分布式廣度光計(jì)算架構(gòu)，為片上大規(guī)模通用智能光計(jì)算探索了新路徑。
通俗來講，干涉-衍射的組合方式仿佛就是在拼樂高玩具。樂高積木可以通過一個模塊凹槽與另一個模塊凸起的契合來完成兩個組件的拼接。在科研團(tuán)隊(duì)眼中，一旦把干涉、衍射變成基礎(chǔ)模塊，進(jìn)行重構(gòu)復(fù)用，可以憑借豐富的想象力搭建出變化無窮的造型。
兩儀一元：干涉-衍射融合計(jì)算芯片
據(jù)論文報(bào)道：“太極”光芯片具備879 T MACS/mm2的面積效率與160 TOPS/W的能量效率，首次賦能光計(jì)算實(shí)現(xiàn)自然場景千類對象識別、跨模態(tài)內(nèi)容生成等人工智能復(fù)雜任務(wù)。
“太極”光芯片有望為大模型訓(xùn)練推理、通用人工智能、自主智能無人系統(tǒng)提供算力支撐。
復(fù)雜智能任務(wù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示
方璐表示，“之所以將光芯片命名為‘太極’，也是希望可以在如今大模型通用人工智能蓬勃發(fā)展的時代，以光子之道，為高性能計(jì)算探索新靈感、新架構(gòu)、新路徑。”
學(xué)科交叉融合，探索無限可能
“太極”光芯片的誕生是多學(xué)科交叉碰撞、探索無限的過程。
從一個初步設(shè)想到打破常規(guī)思維、確立科研思路，從理論計(jì)算到架構(gòu)創(chuàng)新，再到模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測......每一個重大突破性研究，都涉及不同學(xué)科高度交叉融合，催生出“0到1”的成果。
北京信息科學(xué)與技術(shù)國家研究中心的光電智能技術(shù)交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)由來自電子系、自動化系、集成電路學(xué)院、軟件學(xué)院的領(lǐng)域?qū)W者和專門研究人員組成。
在這里，“理學(xué)思維融合工科實(shí)踐，交叉領(lǐng)域踐行原始創(chuàng)新”的理念一以貫之，團(tuán)隊(duì)始終致力于為中國成為世界科學(xué)中心和創(chuàng)新高地貢獻(xiàn)出清華力量。
和團(tuán)隊(duì)的對話中，“初心”和“堅(jiān)持”兩個詞語，被多人反復(fù)提及。恰如團(tuán)隊(duì)成員所言，“科學(xué)研究是一個厚積薄發(fā)的過程，不是一蹴而就的，就像在黑暗中來回摸索，可能會經(jīng)歷反復(fù)失敗，但一定要堅(jiān)持自己的初心。”
一次次“推翻重來”“背水一戰(zhàn)”的底氣背后，是什么支撐著團(tuán)隊(duì)的堅(jiān)持求索？
答案是：良好的學(xué)術(shù)環(huán)境和有組織科研的全方位保障。
2021年4月19日，習(xí)近平總書記在清華大學(xué)考察時強(qiáng)調(diào)，重大原始創(chuàng)新成果往往萌發(fā)于深厚的基礎(chǔ)研究，產(chǎn)生于學(xué)科交叉領(lǐng)域，大學(xué)在這兩方面具有天然優(yōu)勢。要保持對基礎(chǔ)研究的持續(xù)投入，鼓勵自由探索，敢于質(zhì)疑現(xiàn)有理論，勇于開拓新的方向。
“當(dāng)時，我有幸參與向總書記匯報(bào)團(tuán)隊(duì)的科研進(jìn)展，在現(xiàn)場聆聽總書記的囑托。”三年過去，方璐和許多清華人一樣，是親歷者、踐行者，更是答卷人。
方璐認(rèn)為，這次突破性科研成果的成功取得，是清華大學(xué)深入推進(jìn)有組織科研的一次生動實(shí)踐。
該課題受到科技部2030“新一代人工智能”重大項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委杰青項(xiàng)目、基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目，清華大學(xué)-之江實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研究中心支持。
在合作者中，有來自各個學(xué)科、不同背景的成員。他們集思廣益，多學(xué)科、多角度地探索更多解決途徑。
跨界交叉、深度融合，創(chuàng)新的火花在學(xué)科碰撞中不斷迸發(fā)，為科研團(tuán)隊(duì)厚植基礎(chǔ)、勇攀高峰提供了新動能。
5.法雷奧上海嘉定基地開工，從事激光雷達(dá)、域控制器等研發(fā)生產(chǎn)
集微網(wǎng)消息，4月10日，法雷奧集團(tuán)的“舒適及駕駛輔助系統(tǒng)生產(chǎn)研發(fā)基地”正式開工建設(shè)。實(shí)現(xiàn)了24個小時內(nèi)數(shù)證齊發(fā)，跑完了過去1個月未必跑得完的流程。該項(xiàng)目成為今年嘉定首個拿地即開工項(xiàng)目。
據(jù)悉，該項(xiàng)目占地約45畝，建筑面積約3萬平方米，主要從事自動駕駛攝像頭、激光雷達(dá)、域控制器、芯片綁定等項(xiàng)目的研發(fā)與生產(chǎn)。
