近日，北京大学集成电路学院和浙江大学集成电路学院在芯片研究领域均取得了新的进展。其中，北大研究团队在通用伊辛机的构建上取得了突破性进展，而浙大团队则提出了一种全二维材料范德瓦尔斯异质结构（vdW）的晶体管。

北大课题组在忆阻器存算一体通用伊辛机芯片研究中取得新突破

伊辛机是一种用于求解组合优化问题的退火处理器。它通过在芯片中模拟伊辛图所代表的物理模型演化来实现对于组合优化问题的求解。然而，目前大多伊辛机都利用芯片上固定的电路结构代表伊辛图中的自旋节点，仅能支持针对有限类型拓扑结构的伊辛图进行计算，也仅支持在有限规模下处理伊辛图。现有研究中仍缺乏针对任意伊辛图结构的通用处理技术，这也限制了伊辛机进一步推广到更通用的组合优化问题求解。

针对这一关键难题，黄如院士-杨玉超教授课题组首次提出了一种基于存内计算、以连接为中心的通用伊辛机。

通用伊辛机的运行范式展现出高能效与高可重构性的特点

据“北京大学集成电路学院”介绍，基于北京大学与北方集成电路技术创新中心（北京）有限公司自主研发的先进忆阻器集成工艺，团队设计研制了高能效存内伊辛计算芯片，并利用独创的数据映射方法完成了对任意伊辛图的组合优化问题求解。

该工作首次实现了能够处理任意伊辛图结构的通用伊辛机。当问题规模增大时，其硬件开销也显著低于已有工作。基于此技术，本工作成功将伊辛机应用于求解实际的电子自动化设计（EDA）问题。在版图光罩划分问题中，相比于在CPU上运行的整数规划算法可以实现90–65,550倍的加速。这一功能的实现展示了通用伊辛机更高效应用于实际问题求解的潜力。

通用伊辛机应用效果

在工作中，黄如院士-杨玉超教授课题组与北方集成电路技术创新中心（北京）有限公司合作开发了40nm制程嵌入式忆阻器工艺，并设计研发了基于该工艺的忆阻器芯片。利用该芯片的伊辛机在最大割问题求解中相比于GPU可以达到4.56-7.32倍加速，在图着色问题求解中达到442-1450倍加速，在能效方面相比通用GPU可以实现4.1X105–6.0X105倍提升。

北京大学集成电路学院表示，该工作开创了伊辛计算芯片的新范式，在伊辛机的实际应用方面实现了突破，为伊辛机芯片的实用化奠定了重要基础。

浙大团队提出全二维无亚阈值摆幅晶体管

据“浙江大学集成电路学院”介绍，浙江大学集成电路学院俞滨教授、徐杨教授、张亦舒研究员合作团队，提出了一种全二维材料范德瓦尔斯异质结构（vdW）的晶体管，整合多种工作机制实现协同配合，利用功能材料（MoS2、hBN、Gr）的集群行为实现 “无亚阈值”工作，使得晶体管能够直接从关断状态切换到导通状态，完全消除了亚阈值区域，表现出一个理想逻辑开关的电学特性。

通过在全二维材料vdW异质结构上集成忆阻器(阈值开关)和场效应沟道，展示了逻辑晶体管的近理想开关行为，表现为接近零的开关斜率(~0.33 mV/dec)、大开/关电流比(~107)和超低关态电流(~0.1 pA)。

该晶体管可以在无亚阈值模式下工作，这归功于可调导通电压以及阈值开关超陡阻变特性，消除了亚阈值区域，克服MOSFET中60 mV/dec的玻尔兹曼热离子限制。该工作还系统地分析了CMOS反相器的开关动态特性，证明了由于无亚阈值操作而降低的动态/静态功耗。此外还制备了晶圆级晶体管阵列。

“浙江大学集成电路学院”表示，虽然提出的无亚阈值晶体管是通过集成vdW二维材料来演示的，但这一概念的多功能性也反映在可替代沟道和阈值开关材料的选择上，未来有可能在硅基CMOS芯片得到推广应用。

据悉，该工作得到了国家自然科学基金和省自然科学基金重大项目（创新群体）的资助。

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