中國科學院計算技術研究所尤海航研究員、唐光明研究員帶領的研究團隊與中國科學院上海微系統與信息技術研究所（以下簡稱“上海微系統所”）任潔研究員團隊聯合攻關，研制了超導神經形態處理器原型芯片“蘇軾（SUSHI）”，它是一款基于超導單磁通量子（SFQ）電路的超導計算芯片。該芯片利用上海微系統所超導集成電路設計平臺展開設計，采用上海微系統所自主研發的SIMIT Nb03超導集成電路工藝（配備PDK及單元庫）進行制備（如圖一），基于上海微系統所的超導集成電路測試平臺完成測試，最終成功驗證獲得了完整神經形態計算網絡的正確推理結果，在國際上首次利用超導計算芯片實現該功能。

圖一：蘇軾（SUSHI）所在晶圓（SIMIT Nb03工藝）與芯片光鏡照片

“蘇軾（SUSHI）”具有精度可變性和規模易擴展性，利用十萬個約瑟夫森結即可獲得每秒近1.4萬億次突觸操作的峰值神經形態處理性能和每瓦超32萬億次突觸操作的高能效。近日，該研究以論文《SUSHI: Ultra-High-Speed and Ultra-Low-Power Neuromorphic Chip Using Superconducting Single-Flux-Quantum Circuits》的形式入選國際計算機體系結構領域頂級會議MICRO 2023（56th IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture），上海微系統所任潔研究員、應利良正高級工程師、牛明慧高級工程師與劉煥麗工程師為該論文共同作者。

超導SFQ電路同時具有超高計算速度和超低計算功耗的特點，有望突破傳統計算在單位體積和單位能耗條件下提升算力困難的瓶頸，成為新原理計算領域的研究熱點之一。上海微系統所已建成超導SFQ芯片研發平臺。于2018年開發了國內第一套Nb基超導IC工藝“SIMIT Nb03”，并作為我國唯一的超導IC工藝于2020年首次入列IEEE發布的IRDS超導IC工藝表。

該超導SFQ芯片研發平臺（如圖二），可提供與CMOS芯片研發高度兼容的超導PDK與單元庫以及自主開發的系列超導EDA工具、完成大規模超導SFQ芯片制備和低溫測試，為合作者提供超導SFQ集成電路設計和芯片測試技術支持。該平臺為本單位nanoSQUID、TES和QUBIT方向及中國科學院計算技術研究所、上海科技大學、電子科技大學、澳門大學、西南交通大學等合作單位的研究工作提供了大量技術支持，實現協同優化，打開了我國超導集成電路發展的新局面。

圖二：上海微系統所超導SFQ芯片研發平臺和技術支持

審核編輯：劉清