近日，國際頂級期刊《自然?電子學》(NatureElectronics)刊登了由三星頂尖工程師聯合哈佛大學研究人員共同創作的前沿學術論文，題為《基于復制和粘貼大腦的神經形態電子學》。論文提出了研發模擬人腦芯片的愿景，通過復制大腦神經元，讓電子芯片實現近似于人類大腦的獨特計算特性，帶來低功耗、易學習、適應環境等能力，甚至還將擁有一定自主性與認知力。這一科技感十足的構想，再度展現了三星在半導體芯片等技術研發領域的超前實力。

三星以前瞻性技術研發為行業永續動力

在人工智能技術被廣泛應用的今天，圍繞它的前瞻技術研發愈加深入，這其中的類腦芯片研究更備受重視。

作為人類重要的運算器官，大腦擁有龐大的算力，擁有至少1000億個神經元，數量約等于銀河系中的恒星數。這些神經元又構成10-15個神經連接，將復雜相連的神經首尾相接，總長度超過18萬公里。而具備超強的學習能力和低功耗性，也是類腦芯片研究領域一直追求的目標，但實現的過程極具挑戰。因為科學家至今都對神經元如何相互連結，以構筑人腦復雜功能所知甚少。但這并不妨礙科技工作者以大腦為“啟發”，研制具有大腦神經網絡結構和功能的電子芯片。

在三星與哈佛此次聯合發表的論文中就提到了其研究目標——大腦逆向工程的神經形態學，為類腦芯片領域的研發提供可能。論文指出，納米電極陣列能有效進入大腦神經元，并以極高靈敏度記錄電流信號，進而掌握神經元相互連結的位置及相互連結的強度。從這些記錄中，研發人員可以提取或“復制”神經元連接圖，并將其“粘貼”至非揮發性記憶體（Non-Volatile Memories）上，例如日用固態硬盤（SSD）中的商業閃存，或可變電阻式記憶體（RRAM）等新型記憶體等，再藉由對各記憶體的編程，使其得以利用傳導性，重現被復制連線圖的神經元連結強度。

三星頂尖工程師聯合哈佛大學研究人員提出了研發模擬人腦芯片的愿景

論文還指出，人類大腦至少有1000億個神經元，而它們形成的突觸連接更是神經元數量的1000倍以上。因此，最終用于“復制”的神經形態芯片，將具備存儲100萬億個虛擬神經元和突觸數據的容量。

對此，三星電子表示，三星主導的“3D集成技術”開創了存儲器產業的新時代，可以使得在一個芯片上集成如此多的存儲芯片成為可能。未來，利用在半導體制造領域的領先經驗，三星還將繼續進行神經工學研究，以擴大在下一代人工智能半導體領域的領先地位。

通過論文，人們已經足以直觀感受到三星類腦芯片的研發實力。而在通往人工智能化未來的路上，三星所做的探索還有更多。

例如，三星已成功開發業界首款整合人工智能處理能力的高帶寬存儲器HBM-PIM。每個存儲庫內都加入了DRAM優化AI引擎，可直接提供數據儲存位置所需的處理能力，能做到并行處理還可大幅降低數據移動。這突破了業界所討論的馮諾伊曼瓶頸，可加速數據中心大規模數據運作、高效能運算系統以及AI移動應用的處理速度，帶來超過兩倍的系統效能，并降低近70%的耗電量。

同時在被稱為“集成電路界奧林匹克”的ISSCC（國際固態電路會議，是世界學術界和企業界公認的集成電路設計領域最高級別會議）上，三星被錄取的論文數量也充分反應了其在該領域的亮眼成績。在ISSCC 2020會議上，三星共有13篇論文入選。今年的ISSCC，三星多篇論文獲獎，內容涉及圖像傳感器、3nm、存儲器、AI芯片和領先的5nm手機SoC及數據轉換器等多個領域。

得益于在科研領域的研發積累，三星在推動行業前瞻性技術邁向商業化生產應用的過程中貢獻卓著。例如，在近些年備受業界關注的晶圓代工及CIS研發等方面就有所體現。

從晶圓代工到CIS研發，看三星技術的快人一步

作為晶圓代工企業中的領軍者之一，三星將創新力轉化為推動行業進步的技術，不斷迭代晶圓的生產工藝，滿足市場對高性能芯片的需求，更突破行業專家所認為的極限。

在近日舉辦的三星晶圓代工論壇上，三星宣布公司的3nm世代工藝GAE 將于 2022 年投入量產，3nm世代的3GAP則將在2023年量產，2nm世代的2GAP工藝將于2025年面世。尤其在3nm上，三星將實現被業界一致看好的Gate-All-Around晶體管技術，這一技術能延續現有半導體的技術路線、增強柵極控制能力、克服當前技術的物理縮放比例和性能限制，將為今后數據中心和人工智能等領域發展提供有力的技術支持。

在CIS（接觸式圖像傳感器）研發方面，三星的表現也同樣出色。當智能手機的創新力逐漸步入瓶頸，手機廠商都將發展目光投向了手機攝像頭領域。這成為各家CIS供應商不斷升級技術的驅動力，但就在業界競爭者深耕幾千像素的攝像頭時，三星率先將CIS推進到“億”級別。

今年9月，三星正式推出旗下首款基于0.64μm像素的2億像素（200Mp）分辨率圖像傳感器ISOCELL HP1，這款產品不僅有著超高分辨率，而且封裝小巧，能很好融于如今的各類手持設備。有了ISOCELL HP1加持，即便在室內或傍晚等光線不足的環境下拍照，也能拍出炒高分辨率照片，看到更清晰的細節。更驚喜的是，ISOCELL HP1還能以30幀/秒（fps）的速度拍攝8K視頻，且盡可能減少視野損失。

自1974年進入半導體產業以來，三星在多個半導體領域創造了奇跡，也正在面向未來的科技產業做廣泛布局。正如三星電子高級技術研究院研究員Donhee Ham所言，“我們提出的愿景非常宏大，但朝著這樣一個宏偉的目標努力，我們將推動機器智能、神經科學和半導體技術的邊界。”

編輯：fqj