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我科學(xué)家研發(fā)出多物理域全新計(jì)算系統(tǒng)

發(fā)布時間：2026-01-15

來源：光明日報

責(zé)任編輯：科普網(wǎng)

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推動算力提升近四倍

作為現(xiàn)代信號處理的基石，“傅里葉變換”能將聲音、圖像乃至腦電波“翻譯”成頻率的語言。然而，面對日益復(fù)雜的計(jì)算需求，傳統(tǒng)硬件正逐漸顯露疲態(tài)。國際學(xué)術(shù)期刊《自然·電子學(xué)》日前發(fā)表北京大學(xué)集成電路學(xué)院/信息工程學(xué)院楊玉超團(tuán)隊(duì)的研究成果，他們提出一種全新多物理域融合計(jì)算系統(tǒng)，可利用后摩爾新器件支持傅里葉變換，使算力提升近4倍，為具身智能、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域開辟新的可能。

“傅里葉變換的快速算法雖經(jīng)多年優(yōu)化，但在傳統(tǒng)硅基芯片上運(yùn)行，仍受限于固定的計(jì)算流程與較高的資源開銷，難以靈活高效地應(yīng)對非均勻采樣、多窗口并行等復(fù)雜現(xiàn)實(shí)場景。”論文第一作者蔡磊介紹，研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，將目光投向具有獨(dú)特物理特性的憶阻器。他們巧妙地將兩種功能迥異的新型憶阻器集成到同一平臺上，構(gòu)建出一個全新的融合計(jì)算系統(tǒng)。

楊玉超指出，在這個全新系統(tǒng)中，兩類器件各司其職又協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了驚人的并行計(jì)算效率。該系統(tǒng)的卓越性能在真實(shí)應(yīng)用中得到了有力驗(yàn)證。在腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低延遲、高準(zhǔn)確率的腦電波打字，單次分類準(zhǔn)確率高達(dá)99.2%。更重要的是，其處理吞吐率，即算力從當(dāng)前每秒約1300億次提升至每秒5043億次，性能達(dá)到現(xiàn)有專用快速傅里葉變換硬件的96.98倍。

“這項(xiàng)成果的意義遠(yuǎn)超單純的性能指標(biāo)提升。”楊玉超說，它首次實(shí)現(xiàn)了從“算法驅(qū)動設(shè)計(jì)”到“物理原理驅(qū)動”的跨越，通過憶阻器的特性，將數(shù)學(xué)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為一種更接近自然演化的高效過程。這標(biāo)志著憶阻器計(jì)算從相對基礎(chǔ)的矩陣運(yùn)算，成功邁入了高維、動態(tài)的頻譜分析這一核心信號處理領(lǐng)域。

蔡磊表示，新的計(jì)算框架有望突破后摩爾新器件的算子譜系擴(kuò)展難題，即可同時支持多種計(jì)算方式，使新器件能真正“跑起來”，為未來邊緣智能感知、類腦計(jì)算及光電融合系統(tǒng)等前沿方向奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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