余浩的中國(guó)“芯”：實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈融合發(fā)展

文／本刊記者 王 郁

集成電路芯片及其制造技術(shù)是信息時(shí)代的基石，代表著當(dāng)今世界微細(xì)制造的最高水平，在各行各業(yè)中發(fā)揮著非帯重要的作用。

經(jīng)過(guò)9年攻關(guān)，我國(guó)集成電路關(guān)鍵設(shè)備終于實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有、由弱變強(qiáng)?，F(xiàn)如今，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及下一代通信的需求，對(duì)高性能集成皂路領(lǐng)域的研究吸引了眾多科研人員的關(guān)注。

作為該領(lǐng)域的國(guó)際著名專(zhuān)家，南方科技大學(xué)電子與電氣工程系副教授余浩通過(guò)十余年的科研探索，通過(guò)與華為開(kāi)展“低功耗機(jī)器學(xué)習(xí)芯片”、“5G通信芯片”，與華大基因開(kāi)展“生物芯片”，與騰訊展開(kāi)“人工智能算法開(kāi)發(fā)”等技術(shù)合作，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈融合發(fā)展，形成了一個(gè)“產(chǎn)學(xué)研”合作共贏的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。

近日，中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)在北京會(huì)議中心召開(kāi)第十二屆中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新大會(huì)，余浩榮獲2018中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎(jiǎng)。

博學(xué)篤志投身于集成電路

余浩長(zhǎng)期從事高性能集成電路芯片設(shè)計(jì)，例如：毫米波太赫茲雷達(dá)通訊芯片、人工智能芯片及傳感器芯片等領(lǐng)域的教學(xué)和科研工作，并大力推動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

1999年，余浩獲復(fù)旦大學(xué)學(xué)士學(xué)位，之后留學(xué)美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校，并分別任職于美國(guó)伯克利自動(dòng)化設(shè)計(jì)有限公司資深研發(fā)工程師、新加坡南洋理工大學(xué)助理教授，以及維爾特斯集成電路研究中心和瓦倫斯生物醫(yī)療研究中心主任。

在高性能集成電路領(lǐng)域的探索和研究，使余浩取得了許多顯著的成果。已主持并完成6個(gè)新加坡政府基金項(xiàng)目，撰寫(xiě)了6部英文專(zhuān)著，發(fā)表出版物250篇，并榮獲國(guó)際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)最佳論文獎(jiǎng)和美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)聯(lián)合會(huì)創(chuàng)新發(fā)明獎(jiǎng)。余浩還是20個(gè)國(guó)際頂級(jí)會(huì)議的技術(shù)委員會(huì)委員和分會(huì)主席。他在國(guó)際大會(huì)主題報(bào)告2次，受邀報(bào)告25次（IEEEIMS，IEEE-ISCAS，Columbia University等）。余浩曾參與多個(gè)國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目申請(qǐng)答辯（基金海外重點(diǎn)，基金國(guó)內(nèi)重點(diǎn)，基金儀器重大專(zhuān)項(xiàng)），曾任復(fù)旦大學(xué)國(guó)家專(zhuān)用集成電路實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)訪(fǎng)問(wèn)教授，杭州電子科技大學(xué)講座教授，并擔(dān)任華為2012實(shí)驗(yàn)室等主要海外合作及咨詢(xún)專(zhuān)家。

在不斷的磨礪中，余浩成為該領(lǐng)域的專(zhuān)家，受到業(yè)界許多國(guó)際專(zhuān)家的高度贊譽(yù)。他不僅是復(fù)旦大學(xué)國(guó)家專(zhuān)用集成電路實(shí)驗(yàn)室高級(jí)訪(fǎng)問(wèn)教授、華為Shannon實(shí)驗(yàn)室研發(fā)顧問(wèn)、IEEE電路系統(tǒng)方向的杰出宣講人、多個(gè)國(guó)際著名期刊的副主編，還是多個(gè)IEEE/ACM頂級(jí)會(huì)議技術(shù)評(píng)審成員及新加坡和香港科研重點(diǎn)項(xiàng)目評(píng)審人，并成功入選了“深圳市海外高層次人才（B類(lèi)）”。

銳意創(chuàng)新突破高性能集成電路瓶頸

在高性能集成電路領(lǐng)域，余浩積極進(jìn)取銳意創(chuàng)新。在D和2.5D互連集成的研究工作中，余浩首次提出了多物理（電熱）的3D互連仿真模型，基于該模型指出了雖然3D互連設(shè)計(jì)將解決2D帶寬瓶頸，但有嚴(yán)重?zé)彷斏?wèn)題，提出了基于2.5D集成的現(xiàn)實(shí)重要性。該工作獲2016年度ACM ODAES期刊最佳論文。現(xiàn)在余浩主要從事人工智能芯片、太赫茲通訊芯片、DNA傳感器芯片三個(gè)方向的研究工作，并取得突破性進(jìn)展。

在人工智能芯片方面，余浩針對(duì)設(shè)計(jì)下一代用于終端的高并行低功耗人工智能硬件芯片已成為當(dāng)前智能制造研發(fā)的重點(diǎn)，余浩團(tuán)隊(duì)在深圳市海外高層次人才團(tuán)隊(duì)研發(fā)項(xiàng)目“下一代超低功耗類(lèi)腦人工智能芯片技術(shù)”研究中，著重發(fā)展適合中國(guó)智能制造的下一代超低功耗類(lèi)腦人工智能專(zhuān)用芯片技術(shù)，即實(shí)現(xiàn)具有低功耗、高通量性能的機(jī)器學(xué)習(xí)硬件。團(tuán)隊(duì)將設(shè)計(jì)在比特級(jí)進(jìn)行并行處理的處理器，該比特級(jí)高度并行的處理器將充分分布于存儲(chǔ)寄存器之間，這樣的處理架構(gòu)充分展現(xiàn)高通量低功耗的類(lèi)腦信息處理。為實(shí)現(xiàn)這樣的架構(gòu)，他們進(jìn)一步引入兩項(xiàng)核心技術(shù)：深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的二值化（比特）簡(jiǎn)化，基于

MOS+ReRAM（憶阻元件）三維集成的二值化內(nèi)存計(jì)算，從而在前端小型化設(shè)備上也能夠?qū)崿F(xiàn)擁有深度學(xué)習(xí)的人工智能，為千億的智能制造打造一顆智能芯。

在太赫茲通訊芯片方面，余浩進(jìn)一步提出了基于MOS的太赫茲互連技術(shù)，提出了直接在硅基上激發(fā)磁偶極子的表面波源，并用周期性表面波傳輸線(xiàn)傳播信號(hào)，及整個(gè)亞太赫茲波段的表面波互連電路設(shè)計(jì)。由于電場(chǎng)被束縛于金屬表面，該設(shè)計(jì)如同電學(xué)光纖，大大降低了輻射損耗，和傳統(tǒng)互連線(xiàn)相比降低了19db的串?dāng)_，其結(jié)果發(fā)表在015年及2016年的Nature Scientific Report上。他出版的專(zhuān)著“超材料CMOS毫米波和太赫茲集成電路的設(shè)計(jì)”，被一些國(guó)際知名院校圖書(shū)館收藏。余浩的高速太赫茲互連工作獲美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)聯(lián)合會(huì)（SRC）創(chuàng)新發(fā)明獎(jiǎng)創(chuàng)新發(fā)明獎(jiǎng)，并有授權(quán)專(zhuān)利20項(xiàng)。其研究成果多次被美國(guó)在線(xiàn)技術(shù)雜志報(bào)道。由于在高性能集成電路領(lǐng)域的突出成果，余浩得到了廣東省高水平理工學(xué)科建設(shè)近三千萬(wàn)支持建設(shè)太赫茲系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)。

在DNA傳感器芯片方面，2018年10月17日至19日，國(guó)際電子電氣協(xié)會(huì)（IEEE）生物醫(yī)療電路與系統(tǒng)大會(huì)（Biomedical Circuits and Systems）（IEEE BioCAS）在美國(guó)克利夫蘭舉行。余浩課題組在基于CMOS納米濾波器（spoof surface plasmonic filter）的生物熒光圖像傳感器領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，其研究成果論文被IEEE BioCAS評(píng)為最佳論文。余浩課題組開(kāi)發(fā)了完全基于CMOS圖像傳感器工藝集成的納米濾波器。該技術(shù)有效地提高了對(duì)微弱熒光信號(hào)的信噪比，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確率，為生物醫(yī)學(xué)熒光檢測(cè)在DNA測(cè)序領(lǐng)域開(kāi)辟了一條新的道路。

2018年10月30日，余浩受邀在加拿大蒙特利爾舉辦的國(guó)際電子電氣協(xié)會(huì)（IEEE）年度生命科學(xué)大會(huì)（Life Sciences Conference or LSC）上作題為“CMOS integrated Lab-On-Chip System for Personalized DNA Sequencing”的主題演講（Keynote）。余浩在主題演講中介紹了課題組運(yùn)用CMOS集成電路技術(shù)在個(gè)性化醫(yī)療特別是DNA測(cè)序領(lǐng)域的成果，包含了機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析芯片和多功能傳感器芯片的最新研究成果。

助力產(chǎn)學(xué)研一體化

余浩希望能夠?yàn)榱藝?guó)家培養(yǎng)更多在集成電路方向具有領(lǐng)導(dǎo)力的人才。他希望通過(guò)嚴(yán)格的培養(yǎng)，為我國(guó)的科研發(fā)展儲(chǔ)蓄后備力量。他的學(xué)生中，已畢業(yè)5名博士生，正在指導(dǎo)由5名博士生及10名研究人員組成的科研團(tuán)隊(duì)。他的博士生工作多次獲國(guó)際論文獎(jiǎng)勵(lì)，并在多個(gè)國(guó)際著名高新企業(yè)及高校任職。

近年來(lái)，余浩組建了一支科研團(tuán)隊(duì)建設(shè)高性能集成電路重點(diǎn)學(xué)科，他還協(xié)助建立了深圳第三代半導(dǎo)體研究院和國(guó)家示范性微電子學(xué)院—深港微電子學(xué)院。

目前，我國(guó)已經(jīng)成為了世界最重要的芯片消費(fèi)市場(chǎng)之一。政府大力主導(dǎo)推動(dòng)整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后頒布了《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》（國(guó)發(fā)〔2011〕4號(hào)）、《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》等政策。在國(guó)家政策的支持下，余浩和他的團(tuán)隊(duì)積極抓住集成電路新一輪發(fā)展機(jī)遇，促進(jìn)高性能集成電路產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

雖然取得一系列成果，但是余浩依然保持著謙虛的本色，繼續(xù)奔赴在集成電路創(chuàng)新的前沿陣地，勇攀登科研高峰?，F(xiàn)在，他已經(jīng)把目光聚焦于智能硬件領(lǐng)域的研究及產(chǎn)業(yè)化，加強(qiáng)與國(guó)際一流學(xué)者及企業(yè)研究室的合作，開(kāi)展智能傳感器芯片設(shè)計(jì)，推動(dòng)研究的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。