复合微能源系统仿真模型及能量管理策略研究

随着物联网技术在智慧城市、工业检测、无线医疗、智能家居、车联网等领域的不断深入应用,物联网传感节点技术备受重视,具备高可靠、免维护等特征的节点电源技术成为关键瓶颈技术之一。针对单一能源器件无法满足不同节点对高功率、长续航的供电需求,对复合微能源系统进行了建模与仿真技术研究,建立了无线传感节点、锂电池、超级电容、太阳能电池、压电发电机等单体模型,集成了不同种类的能源管理策略模型,仿真比较了不同的能量管理策略,提出了一种基于规则的能量管理策略,可根据不同的无线传感节点进行参数调整,以适应多种场景。

集成电路设计中IP技术及其产业发展特点

从集成电路设计产业技术发展趋势出发,讨论了IP核相关技术和特有的发展模式。从国内外的市场和技术发展趋势出发,针对先进工艺技术支持的高端芯片和特色工艺支持的成熟芯片需要的IP做了分析,简要地介绍了先进设计和制造协同优化和人工智能技术在IP验证中的应用。最后提出了发展我国集成电路设计中IP技术和产业的策略以及建议。

神经形态晶体管研究进展

神经元是大脑信息处理的基本单元,突触则是神经元之间在功能上发生联系的部位,也是信息传递和处理的关键部位。从底层出发研制具有生物突触和神经元功能的固态器件与系统对于研制超低功耗"类脑芯片"和实现全新一代人工智能系统意义十分重大。其中多端口晶体管由于其独特的电容耦合机制,多元化的界面调控手段和丰富的材料选择等优点,最近引起了科研界的广泛关注。从铁电突触晶体管、双电层/电化学突触晶体管、光电突触晶体管3类器件介绍近年来神经形态晶体管的研究进展,并总结该类器件面临的机遇和挑战。

基于AV1的螺旋搜索算法优化

为降低视频编码过程中帧间运动估计运算的复杂度,本文采取螺旋搜索算法代替AV1中的钻石搜索算法。在此基础上,提出螺旋搜索算法的优化方案,分别测试了使用不同层编码块代价更新情况作为螺旋搜索提前终止条件的性能损失与计算复杂度。实验证明,本文提出的基于螺旋搜索使用不同层作为提前终止算法相较于按照SuperBlock做螺旋搜索最大只增加了0.0597%的BD-BR,却使搜索点数降低了33.2%,更加易于实现实时编码。

基于宽范围升压变换器最大效率移相轨迹控制研究

本文提出了一种能够实现最大效率的最优移相轨迹控制方法,可用于一种新型的输入并联输出串并联移相全桥变换器。该变换器采用柔性变拓扑技术,通过控制电压的大小与极性,能够在输入并联输出并联以及输入并联输出串联架构间进行无缝灵活切换,从而实现宽范围的输出电压范围。基于变换器工作原理,提出了系统的全解析损耗模型,能够计算变换器在不同移相控制变量下的损耗情况。在此基础上,求解得到了实现最低损耗与最高效率的移相控制方案。此方案显著地优化了器件的导通损耗与变压器的总体损耗。基于上述分析结果,搭建了一个使用1700 V碳化硅二级管的1.2 kW/100 kHz原理样机,实验结果表明,所提出的变换器能2~18.6的宽电压增益范围输出,且相比传统控制提升了最高4.4%的效率。

p-EBL中低Al组分插入层对AlGaN基深紫外LED光电性能的影响

对于AlGaN基深紫外发光二极管(DUV LED),高Al组分的电子阻挡层(EBL)在抑制电子泄露的同时,也不可避免地造成空穴注入效率的严重下降。在本文中,我们研究了EBL中p型掺杂的低Al组分插入层对DUV LED性能的影响,借助APSYS仿真软件对器件的光电性能、能带结构,以及载流子分布进行了系统的分析。结果表明,低Al组分插入层的引入能够降低空穴的有效势垒高度,进而提高空穴的注入效率,改善有源区中载流子的分布。此外,本文还发现p型掺杂的低Al组分插入层在EBL中的相对位置和DUV LED的性能之间有着紧密的联系。

基于头皮脑电的脑机接口发展综述

近年来,脑机接口日益成为人工智能领域的研究热点,被广泛应用于康复医疗、人工智能、游戏娱乐等领域。脑机接口通过采集人体脑电信号,并将其转化为计算机或其他外部设备的操作指令,可以使认知控制训练更加精准、客观。本文总结了脑机接口系统的基本组成,包含如何获取脑电信号,选取脑电信号处理方法,控制命令的输出以及对目标系统的控制。梳理和总结了基于脑电的传统脑机接口范式,包括P300脑机接口、运动想象脑机接口以及稳态视觉诱发电位脑机接口等范式的基本原理、研究现状和应用场景,并对比了各类范式的优缺点。最后分析脑机接口技术的局限和难点,并对该技术领域的发展与应用前景进行了展望。

新型玻璃基Micro-LED曲面弯折拼接显示技术研究

随着Micro-LED技术的高速发展,玻璃基拼接显示技术逐渐成为面板厂需要解决的重要课题,直接决定了在大尺寸商业显示甚至家用电视产品方面的产品力。目前从公开技术上来讲,京东方选择了侧边引线技术作为其玻璃基产品主要的无缝拼接解决方案,不过该方案需要双面制程,工艺相对较为复杂。针对此,京东方进一步公开了一种全新的曲面弯折拼接技术。该技术围绕中性层概念进行膜层结构模拟和匹配,成功地将显示基板上非显示区域通过曲面弯折的方式折叠到显示区背面,边框宽度仅为150μm,和现有量产技术持平。但由于背板制程只需要单面工艺,成本可以得到有效降低,为京东方在拼接显示技术方面提供了又一种可行方案。

基于绝缘层上硅衬底的新型半导体光电探测器件研究

回顾了近年来课题组基于绝缘层上硅衬底(silicon-on-insulator,SOI)实现的一系列新型半导体器件成果。基于正反馈工作机制的零亚阈摆幅器件Z2-FET具有快速开关和栅控回滞特性,可用于高性能存储、静电保护和高灵敏度光电探测等领域。界面耦合光电探测器(interface coupled photodetector,ICPD)利用了SOI中的界面耦合效应,可大幅增强光响应度。进一步将其与SOI/MoS2混合维度光电探测器结合,ICPD展示出可调频谱的光电探测性能。基于双光栅效应实现的波长探测器,其输出电学信号只对波长而非光强敏感。原位光电子探测器(photoelectron in-situ sensing device,PISD)基于SOI的界面耦合和深耗尽效应工作原理,在衬底进行光电转换并可原位感应光电子,比传统的CMOS图像传感器(CMOS image sensor,CIS)具有更紧凑的结构。课题组研究针对SOI器件顶层硅和衬底的能带或电势调控,结合新原理和新材料,实现了SOI衬底在光电探测器件领域的系列创新。

Micro-LED:下一代VR/AR技术候选者

随着"元宇宙"概念的兴起,虚拟现实(VR)和增强现实(AR)产业结构性调整步伐加快,对显示设备和技术提出了更高的要求。而Micro-LED优异的光电特性十分贴合VR/AR的需求,并且在很多情况下它将比传统VR/AR显示技术发挥更为独特的效果。本文从目前用于增强/虚拟现实设备的3种主要显示技术的技术原理开始,描述了传统显示技术面临的局限,并且与Micro-LED技术进行横向对比,着重阐释Micro-LED技术的关键点、前沿性和难点,同时对它们的发展前景进行了展望。

基于深度学习的汉字识别方法研究综述

中国汉字博大精深,拥有数千年的文化背景与历史积淀,具有其独特的文字结构,是世界上使用人口最多的文字。与一般的视觉元素不同,汉字包含了丰富的高层语义信息,不管在工业界还是学术界对汉字识别技术都有极大的应用需求和重要的研究意义。首先阐述了汉字识别技术的基本概念和定义,对OCR、印刷体识别、手写体汉字识别等概念进行详细说明。在简要介绍了传统汉字识别方法后,详细分析了当前基于深度学习的汉字识别方法的研究历程、主要方法和关键性技术。最后总结了当前汉字识别技术在深度学习应用中存在的一些问题及未来的发展趋势。

客座主编寄语

人工智能芯片是当前全球科技、产业和社会关注的热点,也是人工智能技术发展过程中不可逾越的关键阶段。通过芯片来大幅增强人工智能技术研发和应用的条件已经成熟,未来10年是人工智能芯片发展的重要阶段,不论是架构上还是设计理念上都将有巨大的突破。为推动人工智能芯片研究和产业化应用,《微纳电子与智能制造》积极组织了人工智能芯片专题。本期专题详细介绍了人工智能芯片的概念、类别、发展阶段、产业应用现状和未来发展趋势.

人工智能芯片的研究进展

在科技迅猛发展的今天,智能化在改善产品质量、提高应用效率和发展新技术方面被广泛地应用于社会的各行各业。为了突破现代化智能技术发展和应用的局限,人工智能芯片作为一种现代前沿技术和高科技产品,在信息社会中应运而生,并将在人工智能技术的应用和落地中发挥基础性、先导性和战略性作用。对人工智能芯片的含义、分类、发展历程、产业现状和前景进行概述,期待对有志从事该领域的相关技术工程师拓展视野,有所启迪和帮助。

基于多模态生物电信号的游戏控制系统

脑机接口游戏系统中,信号的实时性和准确性直接影响着游戏体验,多种生物电信号联合控制能有效增强游戏体验。本文设计了舒尔特方格范式,实现对不同注意类型脑电数据采集的同时自动将注意力区分高中低三种水平。采用长短期记忆网络保存原始脑电信号的时序特征进行分类,提高识别准确率。最后构建完整的脑机接口游戏系统,将注意力分级信号融入眼电、肌电中。采用Emotiv Epoc+脑电仪完成生物电信号的采集,分别设计并实现服务器端数据处理平台、用户数据报传输协议和拳皇游戏客户端,完成信号的处理、转换以及传输,最终控制游戏。实验表明,被试者在多模态实时游戏系统中操作流畅,可以通过多模态信号实时控制游戏人物。

客座主编寄语

嵌入式系统是目前应用最广的计算机系统,它与人工智能的结合即智能无人系统是目前的研究热点,比如无人驾驶、机器人、无人机等,这些系统需要各学科交叉融合以及各领域专家的通力合作。这给嵌入式系统发展带来了新的挑战和机遇。为了让嵌入式系统领域的学生、专家学者及业界人员方便、快速地了解目前此领域的一些先进理论、技术、研究成果等,本期特别策划“嵌入式系统”研究专题,邀请学术界嵌入式系统领域专家学者和产业界的专业人士从不同角度对目前学术界和产业界存在的问题进行深入分析,并介绍国内外在嵌入式系统领域的新进展。

面向智能持续感知的“传感-计算”共融架构和芯片设计

智能物联网技术是人工智能技术和物联网技术的快速融合发展下的必然产物,设计和实现具有持续智能感知能力的集成物联网节点是各种终端设备实现智能化的必由之路,也是解决当前物联网系统功耗、实时性和安全隐私性等难题的关键技术。对当今新兴的面向智能持续感知的“传感-计算”共融体系架构和集成电路设计新范式进行梳理,首先以智能视觉感知集成系统为突破点,目标是在新型处理架构下将人工智能处理任务与视觉传感器紧密融合,实现能够持续工作的超低功耗智能视觉采集和分析芯片,并进一步拓展到听觉感知和触觉感知等多种感知模态。介绍了多维度可扩展的“传感-计算”共融智能持续感知架构探索方法,高能效“传感+存算一体”混合信号集成电路芯片设计方法,以及跨越设计层次的软硬件联合设计优化思路,解决混合信号共融架构和电路的多种非理想因素,提升低功耗智能芯片的性能和可靠性。

HDMI高速显示数据接口技术

随着高画质影音需求增加,高速显示数据接口技术随着VR技术、游戏、影音等消费产业快速发展而更新迭代。主流的高速显示接口数据接口技术有很多种,其中高清多媒体接口(high definition multimedia interface,HDMI)的最小化传输差分信号(time minimized differential signal,TMDS)技术的抗干扰性能、兼容性以及高质量的视频和音频传输的优势,使HDMI技术成为最广泛应用的高速数据接口技术之一。HDMI 2.1实现了4K@120 Hz、8K@60 Hz和10k@60 Hz等超高分辨率和刷新率的无损影视传输,随着集成电路技术进步,HDMI接口将成为消费级高速显示数据接口关键技术。介绍了HDMI接口技术、发展历程,及其国内外发展现状,为国内HDMI产业的发展提供参考。

追逐芯片万亿次计算的飞驰人生——访中国科学院院士、计算机专家沈绪榜

近年来,超级计算机多次在象棋、围棋等比赛中战胜了人类。当2016年Alpha Go以2:0的成绩击败了世界冠军李世石时,人们才逐渐近距离地了解超级计算机。超级计算机是什么?通俗来说,就是运算能力惊人的计算机,速度可达每秒千万亿次浮点运算。理论上说来,超级计算机运算1h,相当于全国13多亿人同时计算300多年。近日,在德国法兰克福举行的国际超级计算大会上发布了最新500强榜单,中国有219台超算上榜,其中"神威·太湖之光"和"天河二号"位列前五(此前二者曾多次携手夺得前两名)。可以说,截至目前,中国的超算速度已名列世界前茅。超算为何如此神通广大?这还要依仗其核心的技术——芯片,芯片技术的发展直接关系着超级计算机的运算速度和体积大小。我国超级计算机以及芯片能取得今天的成就,我们不得不感谢一位执着的自主创新者,他就是计算机设计专家、中国芯片计算机的开拓者和倡导者、中国科学院院士——沈绪榜。

DRAM介质刻蚀工艺和设备发展简述

本文从动态随机存储(DRAM)架构和制造出发,介绍DRAM刻蚀工艺,包括图形、材料、化学气体以及设备;重点阐述20 nm以下DRAM介质刻蚀的工艺挑战,分析工艺类型、工艺特点并提出解决方案;从工艺概念和硬件功能两方面追踪对应的CCP刻蚀设备发展现状,并展望发展趋势。

面向磁阻传感器的MEMS磁通汇聚器优化设计研究

微机电(micro electro mechanical systems,MEMS)磁阻传感器由于小体积、低功耗和高灵敏度在许多领域得到了广泛应用,然而其在测量低频弱磁场时受到1/f的影响,严重限制了其低频弱磁场的检测分辨率。为了减小1/f噪声的影响,MEMS磁通汇聚器被用于放大弱磁场,并将低频弱磁场调制到高频区域以抑制1/f噪声。使用拓扑优化对给定尺寸的磁通汇聚器进行优化,以提高其磁场增益,最后使用优化后的塔形磁通汇聚器比较了变间隙调制、扭转调制、垂直运动调制和压电悬臂梁调制的调制效率和增益效率积。结果表明,垂直运动调制具有较高的增益效率积和较高的磁场检测分辨率,是现有调制方式中的最优调制方式。