電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）近一段時(shí)間，存算一體再燃熱潮，成為破除“內(nèi)存墻”，以及打造大算力芯片的主要路徑之一。不過我們今天的話題比存算一體還要更多元，它就是“感存算一體化”。

正如開篇提到的，存算一體芯片是為了打破馮諾依曼存儲(chǔ)計(jì)算分離的計(jì)算架構(gòu)所造成的“內(nèi)存墻”的系統(tǒng)限制，而“感存算一體化”則是在這個(gè)體系里增加了傳感。以傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)體系為例，數(shù)據(jù)基本是在傳感、存儲(chǔ)和計(jì)算芯片三個(gè)部分流轉(zhuǎn)，而三位合一無疑能夠降低能耗和延遲。

具體的實(shí)現(xiàn)方式，我們參考華南先進(jìn)光電子研究院樊貞團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》發(fā)表的研究成果，如下圖所示，該團(tuán)隊(duì)利用鐵電Pb(Zr0.2Ti0.8)O3外延薄膜的大極化和受極化調(diào)控的光伏效應(yīng)，構(gòu)建了高質(zhì)量鐵電光伏傳感器，然后完成了感知和處理圖像的FE-PS-NET的概念驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)高可靠性、超低延遲和零能耗的推理。

圖源：華東師范大學(xué)新聞網(wǎng)

和存算一體一樣，“感存算一體化”也是處于行業(yè)發(fā)展的早期階段，學(xué)術(shù)性研究比較多，除了我們剛剛提到的華南先進(jìn)光電子研究院樊貞團(tuán)隊(duì)，國內(nèi)武漢光電國家研究中心、光學(xué)與電子信息學(xué)院繆向水教授、葉鐳副教授團(tuán)隊(duì)也在做相關(guān)的研究。2021年8月份，《Science》(科學(xué))雜志曾發(fā)表過一篇繆向水教授、葉鐳副教授團(tuán)隊(duì)的論文，論文中提出了二維材料與鐵電近鄰耦合實(shí)現(xiàn)感-存-算一體的新方法。如下圖所示，該團(tuán)隊(duì)一方面利用固定的鐵電極化等效為非易失柵極電場(chǎng)對(duì)二維材料溝道進(jìn)行電學(xué)摻雜，從而構(gòu)建PN結(jié)、結(jié)型晶體管（BJT）等器件，用于構(gòu)建外圍電路；另一方面，鐵電疇的極化翻轉(zhuǎn)調(diào)制能夠改變BJT的結(jié)區(qū)內(nèi)建勢(shì)壘，用于構(gòu)建非易失存儲(chǔ)器，并提升高低阻值比，以實(shí)現(xiàn)存內(nèi)計(jì)算。

圖源：華中科技大學(xué)信息存儲(chǔ)材料及器件研究所網(wǎng)站

從當(dāng)前的研究成果來看，“感存算一體化”主要是壓力感存算一體、光學(xué)感存算一體、氣體感存算一體三大類。從目前的應(yīng)用方向來看，“感存算一體化”主要是實(shí)現(xiàn)更高效的機(jī)器視覺和類腦計(jì)算。華南先進(jìn)光電子研究院樊貞團(tuán)隊(duì)的研究就是為了解決傳統(tǒng)機(jī)器視覺系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)在傳感、內(nèi)存和處理單元之間的反復(fù)搬運(yùn)，導(dǎo)致高能耗和高延遲，難以滿足無人駕駛等場(chǎng)景中海量視覺信息實(shí)時(shí)處理的需求；武漢光電國家研究中心、光學(xué)與電子信息學(xué)院繆向水教授、葉鐳副教授團(tuán)隊(duì)則是創(chuàng)新性地提出了一種同質(zhì)晶體管-存儲(chǔ)器架構(gòu)和新型類腦神經(jīng)形態(tài)硬件。

在企業(yè)方面，目前公開透露有相關(guān)研究的企業(yè)，一個(gè)是中電?？?，另一個(gè)是九天睿芯。2020年，在長(zhǎng)三角一體化發(fā)展重大合作事項(xiàng)簽約儀式上，長(zhǎng)三角物聯(lián)網(wǎng)“感存算一體化”合作落地，中電海康作為總部設(shè)在杭州的國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)龍頭企業(yè)，建設(shè)“感存算一體化”超級(jí)中試中心。

九天睿芯目前已經(jīng)完成了感存算一體芯片的流片和驗(yàn)證，落地有望。2021年9月，相關(guān)報(bào)道指出，九天睿芯全球首款可廣泛應(yīng)用于視覺領(lǐng)域的感存算一體新型架構(gòu)計(jì)算芯片ADA20X已流片成功并完成性能驗(yàn)證。

根據(jù)九天睿芯官網(wǎng)介紹，ADA20X是一款可應(yīng)用于多種視覺場(chǎng)景的模數(shù)混合AI視覺芯片，能效比高達(dá)20Tops/W，可以同時(shí)支持高精度的圖像及高時(shí)間分辨率的事件處理。九天睿芯介紹稱，ADA20X具有高度可定制性，可以依據(jù)不同的市場(chǎng)需求，定制不同算力及接口的專用芯片，算力覆蓋從0.3Tops-200Tops，可以滿足平板電腦、可穿戴、智能家居、AR/VR、電池供電IPC、ADAS等多種不同應(yīng)用場(chǎng)景。

當(dāng)前，在我國“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“信息光子技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)中，感存算一體光電融合芯片技術(shù)被列入其中，再加上長(zhǎng)三角“感存算一體化”聯(lián)盟的推動(dòng)，未來“感存算一體化”芯片大有可為，尤其是在機(jī)器視覺和類腦計(jì)算領(lǐng)域。