電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道 2026年1月，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然·電子》刊發(fā)的一項研究成果，讓全球半導(dǎo)體與算力領(lǐng)域為之矚目——北京大學(xué)人工智能研究院陶耀宇研究員、集成電路學(xué)院楊玉超教授團(tuán)隊，在國際上首次實現(xiàn)后摩爾新器件異質(zhì)集成的多物理域融合傅里葉變換系統(tǒng)。

這一全新計算架構(gòu)將傅里葉變換計算速度從當(dāng)前每秒約1300億次提升至每秒約5000億次，算力提升近4倍，能效提升超90倍，為新一代計算體系的發(fā)展開辟了全新路徑。

后摩爾時代的算力“天花板”與新器件的“尷尬”

經(jīng)過近半個世紀(jì)的迭代，以晶體管微縮為核心的摩爾定律已進(jìn)入瓶頸期，傳統(tǒng)硅基芯片面臨“微縮、功耗、存儲”三堵難以逾越的高墻，算力增長陷入“以功耗換性能”的困局。在此背景下，以憶阻器、光電器件為代表的后摩爾新器件，憑借獨(dú)特的物理賦能計算特性，被視為突破算力與能效困局的最大希望。然而，一個現(xiàn)實的難題橫亙在行業(yè)面前：這些新器件雖在簡單線性算子上表現(xiàn)優(yōu)異，但支持的計算方式單一，無法適配實際應(yīng)用中多樣化的算子需求，始終難以跨越“從實驗室到市場”的鴻溝。

針對這一行業(yè)難題，北京大學(xué)人工智能研究院陶耀宇研究員與集成電路學(xué)院楊玉超教授組成的科研團(tuán)隊，展開了長期技術(shù)攻關(guān)。團(tuán)隊瞄準(zhǔn)在科學(xué)和工程領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛的“傅里葉變換”這一通用計算方式，創(chuàng)造性地提出了一種多物理域融合計算架構(gòu)。

該架構(gòu)的核心創(chuàng)新在于“異質(zhì)集成”與“物理域融合”。團(tuán)隊將“易失性氧化釩器件”與“非易失性氧化鉭/鉿器件”這兩種適合做頻率轉(zhuǎn)換載體的新器件進(jìn)行了系統(tǒng)集成。其中，易失性氧化釩器件擅長頻率生成調(diào)控，可完成實時旋轉(zhuǎn)因子生成；非易失性氧化鉭/鉿器件則在存算一體方面表現(xiàn)突出，能實現(xiàn)原位存算，避免數(shù)據(jù)頻繁搬移帶來的效率損耗與功耗增加。在這種架構(gòu)下，不同的計算任務(wù)可以在其最適合的物理域（如電流、電荷、光等）中進(jìn)行，從而最大化硬件的物理性能。

“這就像為不同計算任務(wù)匹配了最適配的‘工作車間’?！闭撐牡谝蛔髡摺⒈本┐髮W(xué)集成電路學(xué)院蔡磊博士形象地解釋，該架構(gòu)首次實現(xiàn)一套硬件支持電流域、電壓域、頻率域、時間域等多物理域融合計算，讓復(fù)雜計算過程在新器件最適合的物理域中完成。

從實驗室到應(yīng)用場景，破解前沿領(lǐng)域算力痛點

實驗數(shù)據(jù)顯示，這一全新的計算架構(gòu)在性能上實現(xiàn)了顯著飛躍。在保證計算精度的前提下，該架構(gòu)將傅里葉變換的計算速度從當(dāng)前每秒約1300億次大幅提升至每秒約5000億次，運(yùn)算速度提升近4倍。同時，得益于多物理域的優(yōu)化匹配，新架構(gòu)在降低計算功耗、減少存儲與互連資源消耗方面也表現(xiàn)出色。

此外，該架構(gòu)實現(xiàn)了高達(dá)99.2%的傅里葉變換精度，能效提升達(dá)96.98倍。這意味著，在處理聲音、圖像等復(fù)雜信號轉(zhuǎn)換任務(wù)時，新架構(gòu)不僅能“算得快”，還能“算得準(zhǔn)”且“耗得少”。

這一技術(shù)突破的意義遠(yuǎn)不止于性能參數(shù)的提升。陶耀宇表示，新的計算框架成功解決了后摩爾新器件的“算子譜系擴(kuò)展”難題，使其能夠同時支持多種計算方式，真正讓新器件在實際應(yīng)用中“跑起來”。

該成果的落地應(yīng)用，有望為人工智能基礎(chǔ)模型、具身智能、自動駕駛、腦機(jī)接口、通信系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域提供低延遲、低功耗的信號處理與計算支持。這不僅將加速新型器件在各大產(chǎn)業(yè)場景的落地應(yīng)用，更標(biāo)志著我國在新一代計算架構(gòu)的研究上實現(xiàn)了突破，為在全球算力競爭中構(gòu)建自主可控的技術(shù)體系奠定了堅實基礎(chǔ)。