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一款低功耗视觉检测与跟踪专用AI芯片亮相！
近日，周军教授团队设计的一款低功耗视觉检测与跟踪专用AI芯片亮相于全球芯片设计领域最高级别会议 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) ，该会议于2023年2月19日至23日在美国旧金山举行。
该芯片相关论文受邀在大会上作为专用AI芯片领域的最新研究成果进行宣讲。ISSCC是世界学术界和企业界公认的芯片设计领域最高级别会议，被称作是芯片设计领域的“奥林匹克会议”，众多芯片历史上里程碑式的发明都是在该会议上首次披露。该论文是电子科大在AI芯片领域的第二篇ISSCC（第一篇ISSCC由周军教授团队于2021年发表）。
近年来，自动驾驶、无人机、智能机器人、AR等计算机视觉应用逐渐兴起，作为相关应用的核心技术之一，基于深度学习的视觉检测与跟踪技术，能够在复杂环境下对视觉目标进行准确的定位、标记和跟踪。然而，与传统图像处理技术相比，深度学习技术在带来高性能的同时也带来了极大的计算复杂度，为芯片的实时低功耗运行带来极大的挑战，不适合小型智能终端设备。
针对这一挑战，本工作设计了一款低功耗视觉检测与跟踪专用AI芯片，结合算法、架构、电路多层次协同创新，提出了高效多尺度语义特征计算架构、面向视觉跟踪的自适应计算架构、基于视频流的并行差分计算电路、多维度协同压缩与计算电路等多项技术，在满足准确率和实时性的同时，极大地降低了芯片的功耗，运行视觉检测与跟踪深度神经网络框架的平均功耗仅为约90毫瓦，而采用现有商用AI芯片或GPU芯片运行同样的任务需要几瓦到几十瓦，相比之下功耗降低了数十倍以上。该工作作为相关研究的第一步，为实现下一代体积能量严重受限的微型智能机器人（如智能“蜂群”无人机）、智能穿戴设备（如AR智能眼镜）等提供了可能性，接下来团队将围绕该方向继续开展研究工作。
出版信息
标题:
22.7 DL-VOPU: An Energy-Efficient Domain-Specific Deep-Learning-Based Visual Object Processing Unit Supporting Multi-Scale Semantic Feature Extraction for Mobile Object Detection/Tracking Applications
出版信息:
IEEE，23 March 2023
DOI:
10.1109/ISSCC42615.2023.10067704
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二维半导体接触电阻接近量子极限！南大成果再登《自然》正刊
南京大学王欣然教授、施毅教授带领国际合作团队，通过增强半金属与二维半导体界面的轨道杂化，将单层二维半导体MoS2的接触电阻降低至42Ω·μm，超越了以化学键结合的硅基晶体管接触电阻，并接近理论量子极限。该成果解决了二维半导体应用于高性能集成电路的关键瓶颈之一。
硅基集成电路在过去60多年一直沿着摩尔定律的预测，朝着更小晶体管尺寸、更高集成度和更高能效的方向发展。然而，由于量子效应和界面效应的限制，硅基器件的微缩化已经接近极限。最新的国际器件与系统路线图（IRDS）预测，在2nm技术节点以下，以MoS2为代表的二维半导体将取代硅成为延续摩尔定律的新沟道材料。
金属-半导体欧姆接触是实现高性能晶体管的关键，特别是在先进工艺节点下。传统硅基器件利用离子注入对接触区域进行高浓度掺杂，通过接触与沟道界面的化学键实现欧姆接触，其接触电阻约为100Ω·μm。由于原子级厚度，二维半导体与高能离子注入工艺不兼容，需要发展全新的欧姆接触技术。与硅相比，二维半导体存在天然的范德华间隙，金属与半导体界面的波函数杂化耦合较弱，因此实现超低接触电阻具有很大的挑战，这也是长期以来限制二维半导体高性能晶体管器件的关键瓶颈之一。
面对上述挑战，合作团队提出了轨道杂化增强的新策略，在单层MoS2晶体管中实现了目前最低的接触电阻42Ω·μm，首次低于硅基器件并接近理论量子极限。团队首先通过第一性原理计算，在半金属Sb中发现了一个特殊的(0112)面，具有较强的z方向原子轨道分布，即使存在范德华间隙仍然与MoS2具有较强的原子轨道重叠，导致金属-半导体能带杂化，大幅提升电荷转移和载流子注入效率。进一步计算发现，该策略对于其他过渡金属硫族化合物半导体（如WS2、MoSe2、WSe2）具有普适性。
在实验上，团队发展出高温蒸镀工艺在MoS2上实现了Sb(0112)薄膜的制备，通过X射线衍射和扫描透射电子显微镜验证了Sb薄膜的取向，以及与MoS2之间的理想界面。基于该工艺，团队制备了MoS2晶体管器件，发现Sb(0112)面与MoS2的平均接触电阻比Sb(0001)面低3.47倍，平均电流密度提升38%，充分证明了Sb(0112)接触对器件性能的显著提升作用。大规模晶体管阵列的统计结果表明Sb (0112)接触的各类性能参数呈现优异的均一特性，有望应用于二维半导体的集成规模化制造。
由于接触电阻的降低，20nm沟道长度的MoS2晶体管在1V源漏电压下呈现电流饱和特性，开态电流高达1.23mA/μm，比之前的记录提高近45%，超过了相同节点的硅基CMOS器件，并满足IRDS对1nm节点逻辑器件的性能需求。Sb(0112)接触展现出来的优异电学性能、稳定性和后端兼容性证明该技术有望成为二维电子器件的核心技术。
出版信息
标题:
Approaching the quantum limit in two-dimensional semiconductor contacts
出版信息:
Nature，11 January 2023
DOI:
10.1038/s41586-022-05431-4
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