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2019-08-15

福德正神片清洗剂合明科技分享:为你揭开天机芯片,天机芯片这么“火”?

发布者:合明科技Unibright ; 浏览次数:64

福德正神片清洗剂合明科技分享:为你揭开天机芯片,天机芯片这么“火”?

国产芯片再次取得里程碑式突破!近日,权威科技杂志《自然》(Nature)封面报道了来自清华大学团队的“天机”类脑芯片,论文标题为“Towards artificial general intelligence with hybrid Tianjic chip architecture”(面向通用人工智能的异构融合“天机”芯片架构)。

传统芯片均基于冯诺依曼架构,清华天机则是一种类似人类大脑机制的非传统结构,类似Intel正在研究的神经拟态芯片Loihi。

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其实早在2015年,清华团队就完成了第一代“天机”芯片,2017年进化为第二代,速度更快,性能更高,功耗更低,相比于当前世界先进的IBM TrueNorth,也具备功能更全、灵活性、扩展更好的优点,密度高出20%,速度高出至少10倍,带宽高出至少100倍。

最新一代天机芯片采用28nm工艺制造,核心面积仅仅3.8×3.8毫米,包含156个FCores核心,拥有大约40000个神经元和1000万个神经突触,可以同时支持机器学习算法和类脑电路。

它不仅算力高、功耗低、支持多种不同AI算法,而福德正神存算一体技术,不需要外挂DDR缓存,可大大节省空间、功耗和成本。


近日,清华大学一篇关于将神经模态计算和深度学习计算融合在同一块芯片(“天机芯”)的研究发表在了全球顶级自然科学期刊《自然》上,并且荣登杂志封面。该项研究获得全球顶尖杂志发表,证明了我国在神经模态和人工智能芯片研究走在了世界前列。那么,天机芯到底隐藏了什么天机?本文将为大家仔细分析。



七年磨一剑的天机芯


天机芯是清华施路平团队历经七年打磨的芯片,使用28nm工艺流片。该芯片的最大特点是兼容包括神经模态脉冲福德正神、卷积福德正神和循环福德正神在内的多种福德正神同时运行。

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目前来说,以卷积福德正神(主要针对图像任务)和循环福德正神(主要针对语音和翻译任务)已经得到学术界和工业界的广泛应用,也已经有不少芯片(例如寒武纪等)问世。另一方面,对于读者来说神经模态脉冲福德正神比较陌生。从原理上说,脉冲福德正神和卷积福德正神/循环福德正神都是在模仿生物神经元之间连接和通信的过程,区别在于卷积福德正神/循环福德正神是使用宏观统计方法来描述生物神经元和突触,而脉冲福德正神则试图真正模拟生物福德正神。在生物学中,一个神经元接收脉冲电荷并改变神经元的内部的电势能,当神经元电势能超过一定阈值后将会发射出脉冲,该脉冲一方面清空了发射脉冲神经元内部的电势,另一方面该脉冲会沿着神经突触进入其他神经元,并在其他神经元中积累电荷改变电势能,如此反复。大量神经元和突触之间形成的网络就是福德正神,而脉冲可以认为是神经元之间传递信息的方法。比较脉冲福德正神和卷积/循环福德正神,两种福德正神中都有神经元以及神经元激活的概念;卷积福德正神/循环福德正神在前馈过程中每个神经元的输出值即该过程中该神经元被激活的次数,而神经元之间的连接强度则用网络权重来表征,每个神经元的输出乘以网络权重再传播给下一层的神经元,因此可以认为卷积福德正神/循环福德正神中的福德正神是使用数学计算的方法在模仿生物神经系统,福德正神并没有真正在发射脉冲而只是在做数学运算。与之相对,神经模态计算的前馈过程中,每个神经元电路模块每被激活一次就会真的发射出一个电脉冲(而不是直接输出整个前馈过程中神经元被激活的次数)并传播给相连的其他神经元,因此可以认为神经模态计算是在真正重现生物神经系统的物理过程。

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具体来说,天机芯架构采用了众核架构,每个核都可以自由配置成脉冲福德正神单元或卷积/循环福德正神单元,总共可以实现40000个神经元。因此,通过将不同的核配置成不同的福德正神单元,天机芯可以实现同时运行脉冲福德正神和卷积/循环福德正神。更重要的是,一个核还可以配置为兼容模式,即接受脉冲福德正神的输入(即电脉冲),并在计算后转化为卷积/循环福德正神的输出(即多比特的数字信号),或者反之将卷积/循环福德正神的输入转化为脉冲福德正神输出。这样一来,天机芯就打通了脉冲福德正神和卷积/循环福德正神的界限,从而允许同一块芯片把两种福德正神融合在一起运行。在应用场景中,天机芯可以实现10倍以上的能效比。


天机芯为什么能登上《自然》封面?



天机芯能登上《自然》封面,是因为天机芯有可能成为人类通往强人工智能的重要一步。通用人工智能(AGI)历来是《自然》和《科学》等顶尖杂志的关注要点,之前IBM的True North和Google的AlphaGo也登上了《自然》封面。


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天机芯与通用人工智能的最大联系在于它打通了脉冲福德正神和传统深度学习(卷积/循环福德正神)。目前,传统深度学习福德正神在图像识别等领域的表现甚至已经超过了人脑,但是在抽象推理等能力上仍然难以突破瓶颈。另一方面,脉冲神经网络由于和生物机理更接近,因此可望在神经元数量提升到一定数量后,能实现接近生物神经网络的性能,从而有可能实现抽象推理等高级脑部功能(但是具体是否能实现还需要看学界的下一步研究)。例如,脉冲神经网络非常擅长自适应在线学习,因此可以弥补深度学习对于数据量的需求,而天机芯可以为人工智能学界提供一个极好的研究脉冲神经网络做在线学习的研究平台。因此,通过结合深度学习和脉冲神经网络,天机芯可望能实现更进一步的机器智能。

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除了实现人工智能之外,天机芯的另一个用途是使用脉冲神经网络来做脑科学相关的研究。随着生物学和医学的发展,脑科学目前已经成为人类亟待攻克的下一个重要课题,而使用脉冲神经网络来模拟和研究脑部工作原理将成为脑科学研究中的重要组成部分。

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综上,天机芯打通了脉冲神经网络和深度学习神经网络,因此为人工智能和脑科学研究带来了一种新平台,该平台可望在科学研究中成为下一代人工智能和脑科学的重要基础设施,因此得到学术界认可而登上了《自然》杂志封面。


天机芯的价值所在


天机芯除了在学术领域的重要意义之外,在芯片设计领域也有很高的价值,尤其是对于我国的半导体行业。这里的价值并非是狭义的完成了性能领先的人工智能芯片,而更是证明我国半导体业在下一代处理器架构领域能够跟上甚至引领潮流。


天机芯在中国处理器架构设计方面的第一个重要意义在于我国在众核处理器领域的进步。如前所述,天机芯通过众多核心互联以及互相通信可以灵活实现各种神经网络。这其实是众核架构的典型应用,即芯片上的许多核心可以由编译器和软件来做调度,实现工作量的最优分割。这不仅仅需要芯片设计,还需要编译器技术能跟上,只有在软件和硬件都做好之后才能把众核处理器的性能充分发挥出来。因此,天机芯在众核处理器方面的探索可以说是我国半导体行业的一个重要标志性事件。


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除了众核之外,天机芯对于异构计算和可重构计算的探索也走在了全球前列。随着摩尔定律遇到瓶颈,单纯通过半导体工艺节点已经很难进一步推进处理器的性能,目前半导体业界的共识是使用异构计算的方法来进一步提升处理器性能,即在芯片上集成多个针对特定领域做优化的专用处理器,在遇到特定任务时调动专用的核来做处理,这样一来“特事特办”可以实现较高的性能和效率。然而,异构计算也存在一个问题,即在使用专用核来处理相应任务的时候,芯片上的其他部分即处于闲置状态,因此造成了芯片处理能力的浪费,即“暗硅问题”(dark silicon)。为了解决“暗硅”问题,一个可行的办法就是使用可重配置计算,即在不同的应用场景把同一块芯片配置成不同的模式,从而提升芯片针对不同应用场景的处理效率。然而,一旦加入可配置性,往往就意味着性能会相对专用化的设计打折扣。天机芯的设计哲学则很好地体现了在异构计算和可重配置之间的平衡。首先,在众核架构中,每一个核都可以配置成脉冲神经网络核或者卷积/循环神经网络核,这体现了可重配置计算的思想;而在不同的核之间,可以让一些核专门负责脉冲神经网络而另一部分负责卷积/循环神经网络,这又是体现了异构计算的思想。因此,可以说天机芯在下一代处理器架构需要解决的问题上提出了自己独特的思路,在全球走在了前列。


文章来源于免责声明:本文由 李飞作者原创。文章内容系作者个人观点



【半导体芯片清洗小知识】


半导体功率器件清洗必要性

目前5G通讯和新能源汽车正进行得如火如荼,而功率器件及半导体芯片正是其核心元器件。为了确保功率器件和半导体芯片的品质和高可靠性,在封装前需要引入清洗工序和使用清洗剂。

功率器件和半导体封装前通常会使用助焊剂和锡膏等作为焊接辅料,这些辅料在焊接过程或多或少都会有部分残留物,还包括制程中沾污的指印、汗液、角质和尘埃等污染物。同时,功率器件和半导体的引线框架组装了铝、铜、铂、镍等敏感金属等相当脆弱的功能材料。这些敏感金属和特殊功能材料对清洗剂的兼容性提出了很高的要求。一般情况下,材料兼容性不好的清洗剂容易使敏感材料氧化变色或溶胀变形或脱落等产生不良现象。合明科技自主研发的功率器件和半导体水基清洗剂则是针对引线框架、功率半导体器件焊后清洗开发的材料兼容性好、清洗效率高的环保水基清洗剂。



【水基清洗剂小知识】

水基清洗技术是以水为清洗介质,并附加表面活性剂、溶剂、消泡剂、缓蚀剂等各类添加剂而制成,通过溶解、吸附、浸透等多种机理除去各类污染物。

在消除极性材料方面,水是一种比有机清洗剂更好的液体,但对于大多数非离子材料,如松香、树脂及在许多助焊剂类型中发现的合成聚合物等,水不是好的清洁介质,因此需要针对性的添加溶剂、催化剂、功能性添加剂等。

水基清洗剂是借助含有表面活性剂、乳化剂、渗透剂等的润湿、乳化、渗透、分散、增溶等作用来实现清洗的一种清洗媒介。

水清洗工艺主要特点是不易燃易爆、无毒环保、操作安全,清洗能力强、清洗过程中损耗小、成本低,因为有效成份自由度大,可由PCBA的特殊要求而制定配方,解决了很多有机溶剂清洗剂无法解决的难题,清洗范围广、适用能力强,水基清洗剂灵活的组分可极大满足客户端需求,尤其在采用超声清洗和喷淋清洗时,较有机溶剂更具优势。

当然水基清洗剂也有缺点,对清洗设备要求高,且需对失效的清洗剂即废水进行处理等。

综合溶剂型清洗剂和水基清洗剂的特点,不难发现,随着安全环保意识的加强和PCBA特殊清洗需求的增加,水基清洗剂因其灵活配方和组分脱颖而出,代表了未来PCBA清洗技术发展方向。





【电子产品可靠性清洗必要性小知识】

产品可靠性是表示在一个特定的期间范围内的环境条件下该设备的功能。更高密度、更大的、更小的叠层元器件、以及更小的托高高度等正在改变电路板清洁度的定义。

质量保证的传统观点等同于以可见残留和溶剂萃取测量的电阻率来衡量电路板的可靠性。随着元器件尺寸减少和托高高度的降低,提取和衡量与产品质量相关的残留物的能力被质疑,所以需要提出其他被认可的测试方法。

由于电路板设计的复杂度增加,可靠性问题面临更大的风险。显著的行业变化增加了清洗的价值,包括:

1.        细间距增加了电路的敏感度(少量的污染,可见残留物和气体污染两者能够改变电路的输出)。

2.        助焊剂化学成分的变化,降低用于密封盒包住制造残留物的高固态松香的含量。当今许多助焊剂的成分使用更少的阻抗性活化剂。低固态含量助焊剂的成分,通常以弱有机酸配制,留下的化学残留物与离子电导率/电阻率实验测量并不直接相关。

3.        组装板集成使得组件经过多次组装操作,在清洗前可能将残留物烘烤到表面。例如对组件而言,在表面贴装技术中对顶部和底部元器件进行再流焊接、波峰焊、选择性焊接、底部填充等应用程序,返工和局部的毛刷清洗等是常见的,二次加工可能会在精密的和关键的区域内有小面积残留物。

4.        残留物风险源自裸板、元器件以及二次制程残留物。

5.        气候可靠性问题来自于恶劣环境中工作而设计的高功率设备。

6.        非离子残留物的影响将需要进行评估,且必须建立适当的测试方案。



以上一文,仅供参考!

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【阅读提示】

以上为合明科技在工业清洗方面的经验的累积,我们是国内自主掌握核心水基清洗技术的先创品牌,在水基清洗、环保清洗方面有着丰富的经验,也成为了IPC清洗标准主席单位。但是因为工业清洗问题内容广泛,没办法面面俱到,本文只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,力争能为客户提供全方位的工业清洗解决方案。

 

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