余浩的中國“芯”：實現(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9年攻關(guān)，我國集成電路關(guān)鍵設(shè)備終于實現(xiàn)從無到有、由弱變強(qiáng)。現(xiàn)如今，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及下一代通信的需求，對高性能集成皂路領(lǐng)域的研究吸引了眾多科研人員的關(guān)注。

作為該領(lǐng)域的國際著名專家，南方科技大學(xué)電子與電氣工程系副教授余浩通過十余年的科研探索，通過與華為開展“低功耗機(jī)器學(xué)習(xí)芯片”、“5G通信芯片”，與華大基因開展“生物芯片”，與騰訊展開“人工智能算法開發(fā)”等技術(shù)合作，實現(xiàn)創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈融合發(fā)展，形成了一個“產(chǎn)學(xué)研”合作共贏的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。

近日，中國產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會在北京會議中心召開第十二屆中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新大會，余浩榮獲2018中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎。

博學(xué)篤志投身于集成電路

余浩長期從事高性能集成電路芯片設(shè)計，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)美國加州大學(xué)洛杉磯分校，并分別任職于美國伯克利自動化設(shè)計有限公司資深研發(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個新加坡政府基金項目，撰寫了6部英文專著，發(fā)表出版物250篇，并榮獲國際計算機(jī)協(xié)會最佳論文獎和美國半導(dǎo)體工業(yè)聯(lián)合會創(chuàng)新發(fā)明獎。余浩還是20個國際頂級會議的技術(shù)委員會委員和分會主席。他在國際大會主題報告2次，受邀報告25次（IEEEIMS，IEEE-ISCAS，Columbia University等）。余浩曾參與多個國家重點項目申請答辯（基金海外重點，基金國內(nèi)重點，基金儀器重大專項），曾任復(fù)旦大學(xué)國家專用集成電路實驗室的高級訪問教授，杭州電子科技大學(xué)講座教授，并擔(dān)任華為2012實驗室等主要海外合作及咨詢專家。

在不斷的磨礪中，余浩成為該領(lǐng)域的專家，受到業(yè)界許多國際專家的高度贊譽(yù)。他不僅是復(fù)旦大學(xué)國家專用集成電路實驗室高級訪問教授、華為Shannon實驗室研發(fā)顧問、IEEE電路系統(tǒng)方向的杰出宣講人、多個國際著名期刊的副主編，還是多個IEEE/ACM頂級會議技術(shù)評審成員及新加坡和香港科研重點項目評審人，并成功入選了“深圳市海外高層次人才（B類）”。

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)計將解決2D帶寬瓶頸，但有嚴(yán)重?zé)彷斏栴}，提出了基于2.5D集成的現(xiàn)實重要性。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，余浩針對設(shè)計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，余浩團(tuán)隊在深圳市海外高層次人才團(tuán)隊研發(fā)項目“下一代超低功耗類腦人工智能芯片技術(shù)”研究中，著重發(fā)展適合中國智能制造的下一代超低功耗類腦人工智能專用芯片技術(shù)，即實現(xiàn)具有低功耗、高通量性能的機(jī)器學(xué)習(xí)硬件。團(tuán)隊將設(shè)計在比特級進(jìn)行并行處理的處理器，該比特級高度并行的處理器將充分分布于存儲寄存器之間，這樣的處理架構(gòu)充分展現(xiàn)高通量低功耗的類腦信息處理。為實現(xiàn)這樣的架構(gòu)，他們進(jìn)一步引入兩項核心技術(shù)：深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的二值化（比特）簡化，基于

MOS+ReRAM（憶阻元件）三維集成的二值化內(nèi)存計算，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傳播信號，及整個亞太赫茲波段的表面波互連電路設(shè)計。由于電場被束縛于金屬表面，該設(shè)計如同電學(xué)光纖，大大降低了輻射損耗，和傳統(tǒng)互連線相比降低了19db的串?dāng)_，其結(jié)果發(fā)表在015年及2016年的Nature Scientific Report上。他出版的專著“超材料CMOS毫米波和太赫茲集成電路的設(shè)計”，被一些國際知名院校圖書館收藏。余浩的高速太赫茲互連工作獲美國半導(dǎo)體工業(yè)聯(lián)合會（SRC）創(chuàng)新發(fā)明獎創(chuàng)新發(fā)明獎，并有授權(quán)專利20項。其研究成果多次被美國在線技術(shù)雜志報道。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)近三千萬支持建設(shè)太赫茲系統(tǒng)測試系統(tǒng)。

在DNA傳感器芯片方面，2018年10月17日至19日，國際電子電氣協(xié)會（IEEE）生物醫(yī)療電路與系統(tǒng)大會（Biomedical Circuits and Systems）（IEEE BioCAS）在美國克利夫蘭舉行。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評為最佳論文。余浩課題組開發(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)有效地提高了對微弱熒光信號的信噪比，提高了檢測的準(zhǔn)確率，為生物醫(yī)學(xué)熒光檢測在DNA測序領(lǐng)域開辟了一條新的道路。

2018年10月30日，余浩受邀在加拿大蒙特利爾舉辦的國際電子電氣協(xié)會（IEEE）年度生命科學(xué)大會（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用CMOS集成電路技術(shù)在個性化醫(yī)療特別是DNA測序領(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

余浩希望能夠為了國家培養(yǎng)更多在集成電路方向具有領(lǐng)導(dǎo)力的人才。他希望通過嚴(yán)格的培養(yǎng)，為我國的科研發(fā)展儲蓄后備力量。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。他的博士生工作多次獲國際論文獎勵，并在多個國際著名高新企業(yè)及高校任職。

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

目前，我國已經(jīng)成為了世界最重要的芯片消費市場之一。政府大力主導(dǎo)推動整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后頒布了《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》（國發(fā)〔2011〕4號）、《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》等政策。在國家政策的支持下，余浩和他的團(tuán)隊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。現(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)與國際一流學(xué)者及企業(yè)研究室的合作，開展智能傳感器芯片設(shè)計，推動研究的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。