在全球算力竞争进入后摩尔时代的背景下,传统计算架构面临能效与性能的双重瓶颈。
尽管忆阻器、光电器件等新型器件展现出独特优势,但由于仅能支持单一线性算子,长期难以满足实际应用中对复杂计算方式的需求。
这一矛盾成为制约前沿技术产业化的关键障碍。
北京大学陶耀宇研究员与杨玉超教授团队另辟蹊径,选择傅里叶变换这一基础性计算方式作为突破口。
作为信号处理领域的"通用语言",傅里叶变换每年在全球产生超千亿美元规模的应用价值,但其硬件实现始终受限于传统半导体工艺的物理极限。
研究团队创新性地将氧化钒与氧化钽/铪两类器件特性互补:前者具备快速响应优势,后者具有稳定存储特性,通过多物理域协同设计,构建出首个能完整支持傅里叶变换全流程的新型计算系统。
实验数据显示,该架构在保持相同计算精度前提下,算力密度达到传统方案的3.8倍,能耗比提升显著。
更值得关注的是,其模块化设计可灵活适配不同计算场景,突破了现有专用计算单元的功能局限性。
业内专家指出,这项研究首次验证了异构器件系统集成在复杂计算中的可行性,为后摩尔时代计算架构演进提供了范式样本。
从技术影响看,该成果至少在三方面具有战略价值:其一,使边缘设备具备实时处理高清影像、声纹等复杂信号的能力;其二,为类脑计算中的脉冲神经网络提供更高效的硬件支持;其三,可显著提升5G/6G通信系统的频谱利用效率。
据产业链消息,已有三家头部科技企业就技术转化与团队展开接洽。
后摩尔时代的到来并非芯片产业的终结,而是新的开始。
北京大学这项研究的意义不仅在于实现了傅里叶变换在新器件上的高效支持,更在于为整个产业提供了一种新的思路——通过系统级的架构创新和多物理域的融合,让看似"单一能力"的新型器件焕发新的生命力。
这种创新精神,正是中国芯片产业在全球竞争中实现自主突破、自立自强的必由之路。