當(dāng)類腦智能成為打破傳統(tǒng)算力瓶頸的核心方向，材料創(chuàng)新與工程化落地的協(xié)同探索愈發(fā)關(guān)鍵。近日，泰克技術(shù)大牛中國區(qū)技術(shù)總監(jiān)張欣與華東師范大學(xué)專家田教授展開深度對(duì)話，圍繞“鐵電賦能類腦”主題，從材料機(jī)理、器件研發(fā)到測試賦能，全方位拆解從實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新到存算一體工程化的進(jìn)階之路。

“鐵電材料的獨(dú)特性，是類腦器件研發(fā)的核心密碼。”田教授開篇點(diǎn)明核心。他介紹，鐵電材料因晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性破缺，內(nèi)部偶極子在外加電場作用下可有序排列形成鐵電疇，而其疇方向反轉(zhuǎn)時(shí)并非僅有“上下”兩態(tài)——通過調(diào)控電場振幅與持續(xù)時(shí)間，能實(shí)現(xiàn)豐富且非易失的中間態(tài)，這與生物大腦突觸的可塑性高度契合，為類腦器件設(shè)計(jì)提供了天然的材料基礎(chǔ)。

基于這一機(jī)理，田教授團(tuán)隊(duì)深耕十年，走出三條核心技術(shù)路徑。其一，通過鐵電調(diào)控半導(dǎo)體電導(dǎo)，以歐姆定律、基爾霍夫定律實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)矩陣乘加，模擬大腦皮層計(jì)算；其二，創(chuàng)新構(gòu)建鐵電憶容結(jié)構(gòu)，利用位移電流與電容和電壓變化率的線性關(guān)系，規(guī)避焦耳熱問題，實(shí)現(xiàn)低功耗存算一體信息處理；其三，突破鐵電疇調(diào)控技術(shù)，將半導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為可重構(gòu)的PN/NP結(jié)，讓光電探測器實(shí)現(xiàn)多狀態(tài)響應(yīng)，打造“感存算一體”的類腦視網(wǎng)膜系統(tǒng)，直接對(duì)自然光圖像進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，為邊緣計(jì)算提供新方案。

相較于CPU、GPU依賴存儲(chǔ)器交互導(dǎo)致的延遲、高能耗問題，鐵電類腦器件以“硬件仿生”思路，直接構(gòu)建電子突觸與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，從根源解決算力痛點(diǎn)。但新器件的研發(fā)，離不開精準(zhǔn)測試設(shè)備的支撐。田教授結(jié)合多年科研實(shí)踐，提出了關(guān)鍵需求：“鐵電類腦器件需要大量中間態(tài)表征，現(xiàn)有設(shè)備在納安以下小電流測試時(shí)速度偏慢，一條轉(zhuǎn)移曲線可能要等數(shù)分鐘；同時(shí)，陣列驗(yàn)證階段需要多通道并行測試，現(xiàn)有設(shè)備通道規(guī)模難以滿足大規(guī)模矩陣乘加運(yùn)算需求。”

這些來自一線的真實(shí)訴求，正是泰克技術(shù)迭代的核心方向。張欣回應(yīng)道，針對(duì)小電流測試速度與通道密度兩大痛點(diǎn)，全新推出的機(jī)架式源表已實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵突破：1U高度設(shè)計(jì)，單主機(jī)可搭載6個(gè)SMU通道，噪聲電流控制在10皮安以內(nèi)，采樣速率達(dá)1兆/秒，兼顧低電流測試精度與速度；更支持通過TSP link總線多臺(tái)堆疊互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)上百個(gè)通道的同步并行工作，且各通道可獨(dú)立控制，完美適配陣列化測試的規(guī)?；枨?。此外，該設(shè)備可與4200系列無縫協(xié)同，形成“高精度基礎(chǔ)表征+規(guī)?；嚵袦y試”的完整解決方案。

“測試設(shè)備的迭代，是工程化落地的重要支撐。”田教授對(duì)此高度認(rèn)可。他表示，團(tuán)隊(duì)的核心目標(biāo)是推動(dòng)鐵電類腦技術(shù)與先進(jìn)CMOS工藝兼容，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模存算一體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工程化落地。這一過程中，既需要攻克單個(gè)器件的性能優(yōu)化，更需要通過陣列驗(yàn)證驗(yàn)證技術(shù)可行性，而泰克的多通道、高速度測試方案，恰好解決了規(guī)?；?yàn)證的核心痛點(diǎn)。

談及未來，田教授透露，團(tuán)隊(duì)已搭建成熟的微納工藝平臺(tái)，正面向全國招募材料、電路、微電子、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科背景的青年老師與碩博研究生，共同攻克低能耗類腦智能的工程化難題。泰克也表示，將持續(xù)開放硬件接口與軟件定制能力，從鐵電材料的微觀機(jī)理探索，到存算一體器件的工程化突破，4200始終作為科研核心工具，見證并賦能著“匠師共研”的每一步。未來泰克也將與科研團(tuán)隊(duì)深度聯(lián)合開發(fā)，把訓(xùn)練、推理等功能模塊集成到測試系統(tǒng)中，為鐵電類腦器件的工程化之路保駕護(hù)航。

從鐵電材料的微觀機(jī)理探索，到存算一體器件的工程化突破，這場“匠師共研”的對(duì)話，彰顯了科研創(chuàng)新與測試賦能的雙向奔赴。未來，泰克將繼續(xù)以精準(zhǔn)測試技術(shù)為支點(diǎn)，與科研工作者攜手，推動(dòng)鐵電類腦技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，為智能終端、邊緣計(jì)算、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域注入全新算力動(dòng)能。查看解決方案更多詳情，請(qǐng)登錄：https://www.tek.com.cn/solutions/application/material-science。

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