精彩收藏 · 2023年10月11日 0

30000亿赛道沸腾,中国算力芯片领域换道超车的机会来了?

一,利好消息不断,芯片板块逆势大爆发

10月10日午后,A股芯片板块逆势走高,存储芯片方向领涨。其中,好上好强势斩获5连板,冠石科技斩获3连板,同有科技、聚辰股份、唯捷创芯均大涨超10%。截至收盘,A股半导体板块的总市值升至超30000亿元。

或许与以下三则利好消息有关:

1,10月9日,韩国总统办公室通报,美国同意三星电子和SK海力士向其位于中国的工厂提供设备,无需其它许可。意味着,在无需单独批准的情况下,三星电子、SK海力士可以向其中国工厂供应含美国技术的半导体设备。作为全球最大和第二大存储芯片制造商,三星电子、SK海力士在中国市场深耕多年。

2,市场消息称,存储芯片价格已触底反弹,三星等国际大厂正在酝酿涨价,涨价预期主要集中在DRAM(动态随机存取存储器)芯片领域。

另外,华为、苹果等多家终端厂商发布新品带动消费电子市场回暖,产业链上游供应商订单饱满,有望迎来需求复苏。

3,近日,清华大学集成电路学院教授吴华强、副教授高滨团队基于存算一体计算范式,研制出全球首颗全系统集成的、支持高效片上学习(机器学习能在硬件端直接完成)的忆阻器存算一体芯片,在支持片上学习的忆阻器存算一体芯片领域取得重大突破,有望促进人工智能、自动驾驶可穿戴设备等领域发展。相关成果在线发表于最新一期的《科学》。

二,传统存算分离架构制约算力提升

当前,国内AI大算力芯片有两个主要技术方向:

一就是ASIC架构,采用该架构的公司包括了寒武纪、华为、黑芝麻,地平线等;

另一个就是GP GPU架构,就是英伟达所主导的GP GPU路线。

这两个架构,存与算是分离的。就技术本身而言,存算分离的架构下,85~90%的芯片空间,是用于数据搬运,而不是用来进行数据的计算。也就是先要把数据从存储的结构里面要搬到计算单元,而且是每计算一次就要搬运一次,最后计算的结果,又送回至存储的结构中。如此往复,这种架构,显而易见,对能源的消耗和计算效率的影响非常大。

三,存算一体的大算力芯片将是中国AI芯片换道超车的机会

面向传统存算分离架构制约算力提升的重大挑战,吴华强、高滨创造性提出适配忆阻器存算一体,实现高效片上学习的新型通用算法和架构(STELLAR),有效实现大规模模拟型忆阻器阵列与CMOS的单片三维集成,通过算法、架构、集成方式的全流程协同创新,研制出全球首颗全系统集成的、支持高效片上学习的忆阻器存算一体芯片。

当前国际上的相关研究主要集中在忆阻器阵列层面的学习功能演示,然而实现全系统集成的、支持高效片上学习的忆阻器芯片仍面临较大挑战,至今尚未实现,主要在于传统的反向传播训练算法所要求的高精度权重更新方式与忆阻器实际特性的适配性较差。

该芯片包含支持完整片上学习所必需的全部电路模块,成功完成图像分类、语音识别和控制任务等多种片上增量学习功能验证,展示出高适应性、高能效、高通用性、高准确率等特点,有效强化智能设备在实际应用场景下的学习适应能力。

相同任务下,该芯片实现片上学习的能耗仅为先进工艺下专用集成电路(ASIC)系统的1/35,同时有望实现75倍的能效提升,展现出卓越的能效优势,极具满足人工智能时代高算力需求的应用潜力,为突破冯·诺依曼传统计算架构下的能效瓶颈提供了一种创新发展路径。

据清华大学介绍,记忆电阻器(Memristor),是继电阻、电容、电感之后的第四种电路基本元件。它可以在断电之后,仍能“记忆”通过的电荷,被当做新型纳米电子突触器件。

2012年,清华大学集成电路学院教授钱鹤、吴华强团队开始研究用忆阻器来做存储,但由于忆阻器的材料器件优化和集成工艺不成熟,团队只能靠自己在实验室里摸索,在一次又一次失败的实验中探索提高器件的一致性和良率。

两年后,清华大学与中科院微电子所、北京大学等单位合作,优化忆阻器的器件工艺,制备出高性能忆阻器阵列,成为我国率先实现忆阻器阵列大规模集成的重要基础。

2020年,钱鹤、吴华强团队基于多阵列忆阻器,搭建了一个全硬件构成的完整存算一体系统,在这个系统上高效运行了卷积神经网络算法,成功验证了图像识别功能,比图形处理器芯片的能效高两个数量级,大幅提升了计算设备的算力,实现了以更小的功耗和更低的硬件成本完成复杂的计算。

清华大学集成电路学院博士后姚鹏介绍,该芯片参照仿生类脑处理方式,可实现不同任务的快速“片上训练”与“片上识别”,能够有效完成边缘计算场景下的增量学习任务,以极低的耗电适应新场景、学习新知识,以满足用户的个性化需求。

四,存算一体概念股一览:

1,润欣科技:公司已于2022年与目标公司签订合作协议,在其建AIOT联合实验室的基础上,启动感存算一体化产业生态建设。双方规划通过PZT薄膜化MEMS生成工艺平台,感存算一体化芯片项目,充分发挥国创中心在MEMS传感器特色工艺,先进封测领域的技术优势和产业地位。

2,恒硕股份:公司积极部署AI芯片业务,一方面加快推进CiNOR存算一体AI推理芯片的研发,另一方面重点研发基于MCU的AI应用部署和轻量化模型研究。

3,罗普特:公司依托自身研发基础及国家和地方政府的科研支持,承接了国家和地方政府多个重大科研项目,涉及“存算一体化”AI芯片产业化。

4,东芯股份:公司建设研发中心,研发存算一体化芯片,DTR NAND 等前瞻性产品,积极布局前沿技术,增强技术和产品的持续创新能力,丰富和拓展公司未来的产品结构,提高产品的市场占有。

5,佰维存储:公司组建了一支经验丰富,技术领先的芯片设计团队,围绕关键接口IP,NAND数据只能纠错,Host访问模型机器学习,存算一体化应用,低功耗控制等核心技术进行研究开发,并结合不同的应用场景和客户需求落地。

6,中科微至:公司与中科院微电子所开展“感存算一体光电融合芯片技术”项目合作并签署相关协议,本次合作中科院微电子所负责感存算一体光电融合芯片技术研究及统筹项目实施。

7,四创电子:安徽芯纪元科技资产注入预期。安徽新纪元科技以DSP芯片研发起价,目前转型到AI感存算一体芯片研发。

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