资讯汇总42期：【科技周报】超高速光电计算芯片“挣脱”摩尔定律
资讯汇总 产业研究中心 2023.11.0942期 作者：赵子健 电话：021-38032292 邮箱：zhaozijian@gtjas.com 资格证书编号：S0880520060003 作者：徐淋 电话：021-38677826 邮箱：xulin028941@gtjas.com 资格证书编号：S0880523090005 【科技周报】超高速光电计算芯片“挣脱”摩尔定律 摘要： 超高速光电计算芯片“挣脱”摩尔定律。清华大学自动化系戴琼海院士团队从最本质的物理原理出发，结合基于电磁波空间传播的光计算，与基于基尔霍夫定律的纯模拟电子计算，“挣脱”传统芯片架构中数据转换速度、精度与功耗相互制约的物理瓶颈，在一枚芯片上破解大规模计算单元集成、高效非线性、高速光电接口3个世界级难题。光电融合芯片的系统级算力较现有高性能芯片架构提升了数千倍，而造价仅为高性能芯片的几十分之一。相关研究成果发表于《Nature》期刊。 往期回顾 【双碳周报】欧美碳市场碳配额成交量大幅增加 2023.11.07 【上海产经观察】上市公司三季报拆析：利润增长、杠杆率下降，地方国企整体业绩回升较多 2023.11.06 【科技周报】大连化物所研发出海水制氢联产淡水新技术 2023.11.02 【双碳周报】国外碳市场碳配额交易价格集体下降 2023.10.30 【双碳周报】国外碳市场碳配额交易价格总体下降 2023.10.26 我国学者提出帕金森病新型神经调控疗法。中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所/深 港脑科学创新研究院路中华、戴辑、鲍进团队报道了一种全新的基于逆向腺相关病毒（retrogradeAAV）的神经调控策略。这一技术与现有左旋多巴和多巴胺受体激动剂类药物相比最大特点是可以实现对帕金森病累及的基底节神经环路的精准靶向干预，而不影响全脑全身任一其他多巴胺通路和系统，为帕金森病临床治疗提供了潜在的全新精准干预技术。相关研究成果发表于《Cell》期刊。 工业和信息化部印发《人形机器人创新发展指导意见》。《指导意见》提出，到2025年，人形机器人创新体系初步建立，“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破，确保核心部组件安全有效供给。整机产品达到国际先进水平，并实现批量生产，在特种、制造、民生服务等场景得到示范应用，探索形成有效的治理机制和手段。培育2-3家有全球影响力的生态型企业和一批专精特新中小企业，打造2- 3个产业发展集聚区，孕育开拓一批新业务、新模式、新业态。 为高能一次电池换上“二次新装”。中国科学院青岛生物能源与过程研究所固态能源系统技术中心、青岛储能产业技术研究院崔光磊团队引入分子催化剂有效地解决了亚硫酰氯一次电池所面临的瓶颈问题，为我国深空、深海特种领域提供了一种可行的能源保障。借助分子动力学模拟和界面谱学信号，团队证实分子碘与亚硫酰氯在碳界面形成了具有更快动力学的加成物，刷新了分子间相互作用的认知。相关研究成果发表于《JournaloftheAmericanChemicalSociety》期刊。 科学家破解钙钛矿电池寿命基因难题。中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所、中国科学院光伏与节能材料重点实验室潘旭和田兴友团队，与韩国成均馆大学Nam-GyuPark、华北电力大学戴松元合作，在反式钙钛矿太阳电池研究方面取得新突破。该研究首次发现了钙钛矿阳离子面外分布不均匀是影响电池性能的主要原因，并通过设计1-（苯磺酰基）吡咯（PSP）作为添加剂均匀化钙钛矿薄膜相分布，获得了26.1%的光电转换最高效率、25.8%的认证效率。相关成果发表于《Nature》期刊。 风险提示：前沿科技发展进程在规制边界、演进路径、商业落地、外部环境等方面不及预期。 导读： 本报告汇编了2023年10月29日到2023年11月04日期间前瞻产业的重要动态，主要涉及未来信息、未来生物、新一代制造、新能源与环保领域中的前沿赛道。 1.未来信息领域 1.1.技术资讯 新型量子比特相干时间延至此前的千倍有望研制低成本大运量的量子计算机 近日，美国能源部阿贡国家实验室团队将新型量子比特——电荷量子比特的相干时间延长到0.1毫秒，为此前纪录的1000倍。阿贡团队的量子比特以电子的运动状态（电荷）编码量子信息，因此被称为电荷量子比特。他们在真空中捕获超清洁固体氖表面上的单个电子。惰性元素氖是少数不与其他元素发生反应的元素之一，因此能更好地应对周围环境“噪声”的干扰，从而保证了更长的相干时间。从此前的0.1微秒延长到0.1毫秒，使研究人员能以非常高的保真度控制和读出单个量子比特的状态。在最新研究中，团队也证明两个电荷量子比特可耦合到同一个超导电路上，从而可通过电路传输信息，这意味着朝着量子计算的关键——两个量子比特之间的纠缠迈出了重要一步。相关研究成果发表于《NaturePhysics》期刊。（科技日报，10/30） 史上最快半导体大幅提升计算机芯片速度 近日，美国哥伦比亚大学的MilanDelor和同事在一种化学方程式为Re6Se8Cl2的材料中发现了这种更快、更高效的半导体，它由铼、硒和氯组成。被称为激子的粒子在这种材料中的移动速度比电子在硅中的移动速度要慢，但至关重要的是，它们像箭头一样直线移动，因此通过相同距离的速度要快得多。计算机芯片晶体管中使用的硅半导体依靠电子流来传输数据，但这些粒子往往会疯狂地散射，也就是以热量的形式浪费能量，并减慢数据从A到B的时间。如果用这种新材料制造一个使用激子而不是电子的晶体管，这些激子就可以从晶体管的一侧移动到另一侧而不会发生散射，这使它们从A到B的速度比硅片中的电子快100到1000倍。借助新材料，原则上晶体管的开关速度可以达到数百千兆赫兹甚至1太赫兹。相关研究成果发表于《Science》期刊。（中国科学报，10/30） 人工智能可用人类“化学直觉” 近日，位于英国的微软研究院科学智能中心和瑞士诺华生物医学研究所的联合团队让35名医学化学家各自从5000对分子中选择自己更偏向的分子，再用他们的回答做成排序游戏来训练一个机器学习模型，随后让这个模型给分子打分。这个分数来自行业内多年的知识积累，基本不受其他因素的影响。该团队提出的模型还能用来改变数学模型的推荐，从而更好地匹配化学家的集体专业知识，有望在今后早期药物研发中缩短迭代时间。研究人员认为，这种方法或能在药物研发中作为对分子建模的补充。此次，机器学习了直觉，相当于瞬间移植了人类的宝贵经验。AI正在给化学带来革命性影响，在新材料发现、准确模拟、优化合成路径等方面，它推动精准化学快速进步，也可大幅缩短药物研发的试错过程。相关研究成果发表于《NatureCommunications》期刊。（科技日报，11/01） 金属所双重功能光电子器件研究取得进展 近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心联合研究部张兴来团队构筑了一种沟槽桥接GaN/Ga2O3/GaN双异质结阵列器件。通过调节Ga2O3中氧空位的电离和去电离过程，器件在低电压和高电压下分别表现出易失性和非易失性光电流。也就是说，仅通过改变工作电压的大小，即可在单个器件上实现光电探测和神经形态视觉传感器两种角色的转换。该器件在低电压作为光电探测器工作时，展现出很快的光响应速度（118μs）和很高的比探测率（1.13×1011Jones），并实现了光控逻辑电路、光电成像和光通信等复杂功能。而器件在高电压作为神经形态视觉传感器工作时，实现了包括双脉冲易化、短程可塑性到长程可塑性的转变、经验学习行为以及图像记忆等神经突触特性的模拟。此外，经过器件对图像的神经形态预处理后，图像的识别效率提高了62.4%。这一研究不仅为在单个器件上同时实现光电探测器和神经形态视觉传感器的各种先进功能提供了新方法，而且为实现机器人视觉系统和神经形态计算提供了可能。相关研究成果发表于《AdvancedMaterials》期刊。（中国科学院金属研究所，11/01） 室温操纵量子光流体实现突破 近日，俄罗斯科尔科沃科学技术研究院物理学家团队通过引入一种在室温下对“液态光”凝聚体进行主动空间控制的新方法，向前迈出了里程碑式的一步。这一进展的不同之处在于，它能够在不依赖于通常使用的极化子激发曲线的情况下操纵极化子凝聚体。研究人员在腔内引入了一层额外的共聚物层，这是一层与腔模式保持非共振的弱耦合层。通过使用双色光束激发，使这种非耦合半导体层中的光吸收部分饱和，研究人员实现了在形成极化子凝聚体的同时，对有效折射率进行超快调制。激发态吸收也让他们揭开了局部诱导极化子耗散的秘密。这一突破开启了有机极化电子平台的新时代，为环境条件下的“液体光”计算奠定了基础。通过控制光与物质相互作用的特性，他们可以充分利用极化电子的潜力，摆脱传统腔体结构的限制。相关研究成果发表于《PhysicalReviewLetters》期刊。（科技日报，11/02） 超高速光电计算芯片“挣脱”摩尔定律 近日，清华大学自动化系戴琼海院士团队提出了光电深度融合的计算框架。从最本质的物理原理出发，结合基于电磁波空间传播的光计算，与基于基尔霍夫定律的纯模拟电子计算，“挣脱”传统芯片架构中数据转换速度、精度与功耗相互制约的物理瓶颈，在一枚芯片上破解大规模计算单元集成、高效非线性、高速光电接口3个世界级难题。实测表现下，光电融合芯片的系统级算力较现有高性能芯片架构提升了数千倍。此外，在团队演示的智能视觉任务和交通场景计算中，光电融合芯片的系统级能效是现有高性能芯片的400余万倍。目前限制芯片集成极限的一个关键因素是过高密度带来的散热难题。而在超低功耗下 运行的光电融合芯片将有助于大幅改善芯片发热问题，为芯片的未来设计带来全方位突破。不仅如此，该芯片光学部分的加工最小线宽仅采用百纳米级，而电路部分仅采用180纳米CMOS工艺，比7纳米制程的高性能芯片性能提升多个数量级。与此同时，光电融合芯片所使用的材料简单易得，造价仅为高性能芯片的几十分之一。相关研究成果发表于《Nature》期刊。（中国科学报，11/02） 天津大学为大国重器高速监测锻造“中国眼” 近日，天津大学仿生视觉团队自主研发出高性能感算一体仿生视觉智能CMOS图像传感器芯片。在人类视觉系统中，光透过瞳孔入射到视网膜上，感光细胞将入射光转换为电信号，神经元薄膜积累电荷并触发生物电尖峰传递信息，有效降低了通信数据量。团队从人类视觉系统的这种特性中获得灵感，将光强转换为事件流高速感知场景，使数据量相较之前减少到10%以下。以高铁状况监测为例，这款芯片能适应大范围复杂发光强度、高速加动态的运行环境。一方面，它能实时检测高铁周边环境，有利于及时排除障碍物；另一方面，它可以观测列车高速运动及摩擦过程的损耗状况，进而监测高铁顶部的受电弓与上方电网是否接触良好，保障高铁安全运行。该芯片也可用于其他高速监测领域，如高速公路安全监测、高端制造业机械手臂监控、国家电网电力系统放电过程监控等。相关研究成果发表于《IEEETransactionsonCircuitsandSystemsforVideoTechnology》期刊。 （中国科学报，11/02） 等离激元纳米光子器件品质因子创新高 近日，中国科学院深圳先进技术研究院李光元团队通过利用两种表面晶格共振模式（SLR）的转换，可以使等离激元纳米光子器件损耗降低一个数量级、品质因子提高一个数量级，在可见光波段实验测得的超高品质因子是现有纪录的2.4倍。在该研究中，研究团队采用贵金属中的金和银，以及常规的纳米加工工艺，深入探讨了金属纳米柱阵列参数对SLR品质因子的影响机制。实验结果表明，将纳米金柱的高度从100纳米降低到50纳米，或者将入射角从15度增加到35度时，仿真和实验获得的可见光面外SLR的品质因子均提高了一个数量级，即高达约1100（仿真值）和540（实验值）。此外，研究人员还将纳米金柱阵列拓展为纳米银柱阵列。实验结果表明，将纳米银柱的高度从100纳米降低到50纳米，仿真得到的品质因子也可以提高一个数量级。该研究有望提高上/下转换荧光增强、纳米激