华中科技大学王超教授团队存算一体计算芯片研究成果入选IEEE集成电路设计与技术国际会议最佳论文

9月25日至27日，2024年第21届IEEE集成电路设计与技术国际会议(21st International Conference on IC Design and Technology,简称ICICDT)暨20周年纪念会在新加坡举办。我校光电学院王超教授团队在存算一体计算芯片领域的最新研究成果“An Energy-Efficient Low-Voltage SRAM-based Charge Recovery Logic Near-Memory-Computing Macro for Edge Computing (一种用于边缘计算的高能效、低电压基于SRAM的电荷恢复逻辑近存计算宏单元)”获得最佳会议论文（华中科技大学首次入选）。光电学院微波与光电集成系王超教授为论文通讯作者，博士生沈梓煊和硕士生黄磊为论文共同第一作者，华中科技大学光电学院为论文第一完成单位。

在能量受限的边缘计算应用中，主要有存内计算和近存计算等两类存算一体新型AI计算芯片主流方案。近年来，相比于存内计算，近存计算由于其能够更有效地实现更灵活、更复杂的计算功能同时提高集成度而备受关注；相比基于电流域、电荷域和电压域的模拟计算，基于逻辑的数字计算由于其高集成度、高精度、高鲁棒和高可靠性，逐步成为存算一体的主流技术。但是，如何在降低工作电压、存储器访问频率和简化数字逻辑的同时，保持高处理吞吐量和计算精度，是当前高能效、低功耗存算一体计算领域的重要研究课题。因此，本文提出了一种用于深度神经网络（DNN）卷积计算的基于低电压静态存储器（SRAM）的电荷恢复逻辑近存计算设计方案。该设计采用了双时钟域架构，通过权重静态数据流减少SRAM的访问频率，降低了SRAM的供电电压和存储器访问频率，从而显著节省存储能耗；同时，提出双时钟域架构使得在慢时钟域运行的近阈值（Near-Vth）SRAM与快时钟域的计算逻辑电路能够实现速度匹配；此外，该设计通过电荷恢复逻辑在亚阈值（Sub-Vth）电压下运行组合逻辑电路，大幅降低了计算功耗，并通过锁存器设计和升压电路保证了计算速度不受影响。该项工作在40 nmCMOS工艺下实现近存计算宏单元设计，Sub-VthSRAM工作电压为0.6 V，读写频率为10 MHz，Near-Vth电荷恢复逻辑电路工作在0.4 V和1.1V，时钟频率为100 MHz，可实现3.71 TOPS/W的计算能效，设计指标达到国际学术界领先水平。该工作与新加坡南洋理工大学郑元谨教授团队合作，受到了国家自然科学基金项目和华中科技大学创新研究院技术创新基金项目的资助。

IEEE集成电路设计与技术国际会议（ICICDT）是具有21周年历史的IEEE固态电路协会（Solid-State Circuits Society）所主办的高水平集成电路芯片国际会议。自2004年成立以来，ICICDT已经建立了超过20年的历史和持续声誉，为集成电路设计、制造、工艺技术及相关领域的专家、学者和工程师提供了一个交流最新研究成果与技术创新的平台。

王超教授团队近年来在研究生人才培养方面成果显著，2024年以来已获得国际大奖多项：博士研究生刘炳强在2024年IEEE ISCAS（电路与系统国际研讨会）国际会议上，汇报了该课题组的智能自主移动机器人建图定位（SLAM）专用芯片领域的相关研究成果，并获得ISCAS Predoctoral Achievement Grant（ISCAS博士研究生成就奖）以及ISCAS 2024 Student Travel Grant（ISCAS学生旅行补助金）。其中，ISCAS博士研究生成就奖为IEEEISCAS国际会议授予电路与系统领域博士研究生的最高荣誉，IEEE全球5大区各仅选1名优胜者（为华中科技大学首次入选）。此外，硕士研究生朱文明同学在2024年ISCAS国际会议上汇报了该课题组的激光雷达芯片领域的最新研究成果，并获得传感器方向最佳会议论文（华中科技大学首次入选）。

光学与电子信息学院王超教授主要从事新型人工智能处理器芯片设计、光电融合智能传感芯片设计等领域的研究，主持国家自然科学基金项目、国家重点研发课题、国家重点课题、国家龙头企业横向项目、武汉市科技重大专项“卡脖子”技术攻关项目等科研项目多项，已发表包括JSSC、TCAS-I/II、TBioCAS、JETCAS、CAS-M、ISSCC、A-SSCC等集成电路与系统芯片SCI/EI核心国际期刊、国际会议90多篇，公开/授权国家/国际发明专利10多项，并开展了22/28/40/55/110/180nm等多个工艺节点的芯片设计及流片工作。王超教授是IEEE高级会员、IEEE CASS-EDS-SSCS集成电路方向武汉联合分会联合创始人和现任主席（荣获2021年度IEEE固态电路学会全球杰出分会奖）、IEEE CASS-EDS-SSCS集成电路方向华科学生分会导师，曾担任IEEE TBioCAS学报的客座编辑（AE），以及IEEE TCAS-I学报、IEEE CAS杂志等集成电路核心国际期刊编委副编辑（AE）。