彭练矛和张志勇团队：碳纳米管TPU引领未来计算技术

彭练矛和张志勇团队：碳纳米管TPU引领未来计算技术

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https://www.sohu.com/a/795995089_174933

2.

https://ic.bupt.edu.cn/info/1048/1469.htm

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https://www.wth-ic.com/index.php?c=show&id=24

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https://news.pku.edu.cn/jxky/ea9b57e8073b4033b55699784c392c8f.htm

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https://www.edu.cn/ke_yan_yu_fa_zhan/gao_xiao_cheng_guo/cheng_guo_zhan_shi/202407/t20240723_2625617.shtml

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http://www.news.cn/tech/20240731/e00392cfdbad49b0b3f951072115de7d/c.html

7.

http://www.nanoer.net/showinfo-32-62099.html

2024年7月22日，北京大学电子学院碳基电子学研究中心彭练矛-张志勇团队在《自然·电子学》发表重磅研究成果，宣布成功研发世界首个基于碳纳米管的张量处理器芯片（TPU）。这一突破不仅在学术界引起广泛关注，更预示着未来计算技术的全新发展方向。

该芯片由约3000个碳纳米管场效应晶体管组成，采用了创新的器件工艺和脉动阵列架构，能够高效执行卷积运算和矩阵乘法。实验结果显示，基于该TPU的五层卷积神经网络可以在功耗仅为295μW的情况下，实现高达88%的MNIST图像识别准确率。

这一性能的实现，得益于团队在碳纳米管制造工艺上的优化。他们获得了纯度高达99.9999%的半导体材料和超洁净表面，从而制造出具有高电流密度和均匀性的晶体管。模拟结果显示，采用180纳米工艺节点的8位碳纳米管TPU有望达到850 MHz的主频和每瓦1万亿次运算的能效水平。

随着人工智能技术的飞速发展，尤其是ChatGPT等大模型应用的崛起，未来世界的数据呈爆发式增长，海量数据的处理对芯片的算力和能量效率提出了严峻挑战。传统的硅基芯片技术已经逐渐接近物理极限，而碳纳米管TPU的出现，为解决这一瓶颈提供了新的思路。

碳纳米管具有优异的电学特性和超薄结构，碳纳米管晶体管已经展现出超越商用硅基晶体管的性能和功耗潜力。彭练矛-张志勇团队的这一突破，正是将新材料与新架构完美结合的典范。他们不仅在器件层面实现了高性能和高一致性，更通过系统架构的创新，显著提升了整体运算效率。

这一突破性成果的背后，是研究团队在碳基电子学领域多年的深耕。彭练矛院士长期从事碳基电子学领域的研究，四次担任国家重大科研项目首席科学家，在《科学》《自然》等期刊发表SCI论文400余篇。张志勇教授则在碳基纳米电子学领域有着深入研究，发表SCI论文200余篇，SCI他引11000余次。

研究团队通过不断优化碳纳米管器件制造工艺和引入设计-工艺协同优化（DTCO）全流程，制备出高性能和高一致性的碳纳米管场效应晶体管。这一过程涉及从材料制备、器件工艺到电路设计的全方位创新，展现了团队在多个技术领域的深厚积累。

碳纳米管TPU的研发成功，不仅是对现有芯片技术的一次重大突破，更为解决当前芯片技术面临的瓶颈问题提供了新的思路和解决方案。其低功耗特性，对于移动设备、物联网设备等对能耗有严格要求的应用场景具有重要意义。

然而，任何一项新技术的推广和应用都不会一帆风顺。碳纳米管TPU在实现商业化之前，还需要克服生产工艺的规模化、成本控制、以及与现有技术的兼容性等挑战。但可以预见的是，随着研究的深入和技术的成熟，这些问题将逐步得到解决。

这一突破性研究不仅展示了碳纳米管在芯片制造上的巨大潜力，更为未来计算技术的发展开辟了新的方向。随着人工智能技术的不断进步，我们有理由相信，碳纳米管TPU将在不久的将来，成为推动智能计算发展的重要力量。