湖南大学教授李东研究存算一体芯片技术取得系列新成果

2023-07-28 09:51:02长沙晚报

湖南大学教授李东研究存算一体芯片技术取得系列新成果

90后博导刷牙时想到技术突破点

(相关资料图)

李东正在对光电芯片进行研究。受访者供图

长沙晚报全媒体记者徐运源实习生唐影慈通讯员余路遥

青春档案

李东，陕西商洛人，湖南大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，湖湘青年英才，长沙市杰出创新青年。主要研究方向为存算一体材料设计与器件构筑。主持/参与国家自然科学基金区域联合重点项目、国家自然科学基金面上项目、湖南省长株潭标志性工程计划等多项科技项目。近五年以第一作者或通讯作者发表论文27篇，获国家发明专利6件。

“90后博导”是李东身上的“网红”光环。光环背后，记者近日采访接触到的是一位对科研事业满怀热忱、谦逊温和的青年人。对于长沙建设全球研发中心城市，李东非常看好，“在半导体和光电集成领域，我们有着坚实的基础和优势，可以积极投身其中，通过持续的努力和创新，相信长沙将成为一颗耀眼的明星。”

存算一体芯片助推无人驾驶落地应用

芯片被誉为信息时代的“发动机”。然而一个痛点是：随着芯片制造所需的晶体管尺寸接近物理极限，芯片良率(合格率)、制备成本面临巨大挑战。另一方面，传统的芯片技术存算单元物理分离，导致数据频繁被“搬运”，带来数据延迟与功耗急剧增加。

“就像沙漏一样，两端有大的存储空间，但从一端到另一端，要经过一个窄的通道，需要长时间完成传输，大数据运算的整个过程被放缓，其间不断产生热量，温度升高影响硬件寿命。”李东介绍。

“是否可以让存算‘连体’，不再需要‘搬运’呢?”李东及团队提出了“存算一体芯片”的研究设想。但难题在于计算要求数据实时变化，存储要求数据保持静态，理论上是两种完全不同的机制。“让元器件同时行使两种功能并且不相互串扰，是很难的。”李东解释。

为此，团队决定从最底层的材料开始突破。他们利用二维层状半导体优异的电场调控能力和易集成优势，开发了一种新的元器件，突破了传统芯片在架构上存在的瓶颈，获得了存储和计算功能在单个元器件上的完美融合。

“这一技术类似于人脑对数据的处理方式，一边‘记’还能一边‘算’，从根本上消除不必要的数据流动。”李东说，得益于元器件存算兼容特性，使用两个器件便能实现传统工艺18个器件才能实现的功能，有望在实现相同功能和性能的同时有效缩小芯片面积。

这一研究成果发表在国际顶级期刊，成为推动低功耗可穿戴设备、移动终端，高算力高精度要求的无人驾驶、云计算等各类人工智能场景和元宇宙计算等领域发展的重要研究基础。

科研灵感常来自碎片化时间

“不仅工作时间‘超长待机’，还要擅长利用生活中的碎片时间。”这是李东科研不断取得突破的诀窍之一。

“存算一体芯片技术的突破点，就是我刷牙的时候想到的。”为了不让自己忘记这个思路，他放下牙刷赶紧拿手机备忘录记下了要点，临睡前又反复琢磨，直到把思路理清才睡下。

在李东看来，碎片化的思考效率极高。刷牙、洗脸、洗澡都可以用来思考问题，往往很多新思路就来自这些“不起眼”的时间里。

记者采访发现，与其说这是诀窍，不如说是习惯。李东在本科期间就对半导体器件物理着迷，这一爱好推动着他不断深入学习和探索。

在求学期间，他日复一日地呆在实验室里进行实验，常常周末无休，实验失败了就推倒重来。好奇心使他不满足于仅进行实验，当实验仪器出现故障时，自己还会主动学习如何维修，逐渐提高了实际操作能力，后来也会根据实际实验需求，组装一些实验仪器。

“因为喜欢，经常会思考总结，与身边的事物相联系，一些好的研究想法就是在不断总结思考的基础上，不经意间蹦出来的。”他告诉记者。

看好长沙建设全球研发中心城市

从陕西商洛到上海同济大学求学9年，最后选择来长沙追梦，李东直言：“这是经过一番仔细考虑和评估的结果。”

2018年博士毕业后进入湖南大学工作，这也是李东第一次来到长沙。

“湖南大学在半导体材料与器件研究领域有着良好的学术声誉和优越的研究条件，潘安练教授优秀的科研团队和完备的科研平台，以及对待科研和人才的态度，加上湖南为青年科技工作者提供的良好科研环境和发展机会，都是吸引我来这里的重要因素。”他说。

在李东眼中，长沙是一座充满活力的城市，展现出强大的发展势头和吸引力。建设全球研发中心城市，将为长沙和湖南的科研创新带来巨大的发展机会，进一步提升其国际影响力和科技创新实力。

作为科研新秀，李东非常看好长沙，“我们可以继续深化在半导体和光电集成领域的研究，建立开放的合作平台，吸引更多优秀的科研人才来到长沙。”

目前，李东所在团队正着手进行Micro-LED微显示芯片和光电集成系统等方面的研究，计划在存算一体芯片里融入光元素，实现性能更高的感存算一体光电集成芯片，为信息处理和通信等领域提供高效、高速、低能耗的解决方案。

“光电集成技术可以大大提高芯片的性能和效率，是未来芯片发展的重要方向之一。我们希望通过这个方向的研究，为构建更智能、高效的社会作出贡献。”李东说。

青年创新说

“科研攻关是一个‘静而后能安，安而后能虑，虑而后能得’的过程，只有先静下来，才能心安，心安才能深思熟虑，思考才能有所得。研究中遇到困难和挫折是常有的事情，但只有坚持不懈、持之以恒，才能克服困难，取得突破。” ——李东

（一审：夏博二审：余画三审：王亚奇）

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