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隨著人工智能、大數據、物聯網、區塊鏈等新一代信息技術興起，數據量呈現爆炸式增長，傳統計算系統的算力難以滿足海量數據的計算需求。與此同時，摩爾定律逐漸放緩，單純依靠提高集成度、縮小晶體管尺寸來提升芯片及系統性能的路徑正面臨技術極限，通過引入憶阻器新器件、模擬計算新范式、存算一體新架構，將拓展出全新的高性能人工智能芯片與系統，實現計算能力的飛躍。 目前被廣泛使用的經典馮·諾依曼計算架構下數據存儲與處理是分離的，存儲器與處理器之間通過數據總線進行數據傳輸，在面向大數據分析等應用場景中，這種計算架構已成為高性能低功耗計算系統的主要瓶頸之一：數據總線的有限帶寬嚴重制約了處理器的性能與效率，且存儲器與處理器之間存在嚴重性能不匹配問題。憶阻器存算一體系統把傳統以計算為中心的架構轉變為以數據為中心的架構，其直接利用阻變器件進行數據存儲與處理，通過將器件組織成為交叉陣列形式，實現存算一體的矩陣向量乘計算。憶阻器存算一體系統可以避免數據在存儲和計算中反復搬移帶來的時間和能量開銷，消除了傳統計算系統中的“存儲墻”與“功耗墻”問題，可以高效、并行的完成基礎的矩陣向量乘計算，未來極有潛力成為支撐人工智能等新興應用的核心技術。 清華大學吳華強教授團隊實現了材料與器件、電路設計、架構和算法的軟硬件協同等多方面原始創新，解決了系統精度損失等被廣泛關注的難題： 材料與器件創新。科研團隊選擇了電學特性穩定的二氧化鉿作為憶阻層核心材料，提出了通過插入少量氧化鋁層來固定離子分布、抑制晶粒間界形成的新理論，提出了引入熱增強層的新原理器件結構，成功抑制了憶阻器非理想特性的產生。 電路設計創新。開發了一套憶阻器與晶體管的混合電路設計方法，提出“差分電阻”設計思想，采取源線電流鏡限流設計，抑制了憶阻器電路中可能產生的各種計算誤差。 算法創新。提出了混合訓練算法，僅用小數據量訓練神經網絡并只更新最后一層網絡的權重，即可將存算一體硬件系統的計算精度達到與軟件理論值相同的水平。 “技術鏈”創新。從“單點技術突破”拓展到“技術鏈突破”，開發了針對憶阻器存算一體芯片的電子設計自動化（EDA）工具，打通了從電路模塊設計到系統綜合再到芯片驗證的設計全流程。 上述理論和方法發表于《自然》《自然·納米技術》《自然·通訊》等國際頂級期刊，以及被譽為“集成電路奧林匹克”的“國際固態電路大會”等頂級學術會議。研究成果被“國際半導體技術路線圖”和30多部綜述文章長篇幅引用。團隊已在該研究方向申請國內外專利72項，其中30項已獲得授權，知識產權完全自主可控。 團隊已研制出全球首款憶阻器存算一體芯片和系統，集成了8個憶阻器陣列和完整的外圍控制電路，以更小的功耗和更低的硬件成本大幅提升了計算設備的算力。全系統的計算能效比當前主流的人工智能計算平臺——圖形處理器（GPU）高兩個數量級。團隊還設計了一款基于130nm工藝研制的完整憶阻器存算一體芯片，在MNIST數據集上計算速度已超過市面上28nm工藝的四核CPU產品近20倍，能效有近千倍的優勢。

項目成果/簡介:隨著人工智能、大數據、物聯網、區塊鏈等新一代信息技術興起，數據量呈現爆炸式增長，傳統計算系統的算力難以滿足海量數據的計算需求。與此同時，摩爾定律逐漸放緩，單純依靠提高集成度、縮小晶體管尺寸來提升芯片及系統性能的路徑正面臨技術極限，通過引入憶阻器新器件、模擬計算新范式、存算一體新架構，將拓展出全新的高性能人工智能芯片與系統，實現計算能力的飛躍。

本項目的核心成果之一是全曲面嚙合副齒面，其星輪齒側面如圖 2 所示，采用曲線成型，可自由控制嚙合區域大小，改善流體動力潤滑特性。 本項目的核心成果之二是通過多齒耦合時的全曲面分配，實現懸浮嚙合，星 輪齒與螺桿齒槽的零接觸，星輪齒在工作過程中不發生磨損。同時保證泄漏間隙 小，流體動力潤滑性能好。多齒耦合實現全懸浮嚙合的原理如圖 3 所示，通過控 制齒側的接觸區域大小、位置，實現多齒之間的動力潤滑油膜耦合，最終實現油膜力驅動星輪轉動，螺桿與星輪齒全程不接觸。

本轉向架有利于車輛通過小半徑曲線，同時提高車輛直線運行穩定性能；這種軸箱 副構架交叉桿直線電機轉向架，主要應用于直線電機車輛，并適用于其他采用類似軸箱 副構架及其具有導向機理的轉向架及車輛，它能夠保證直線電機車輛有足夠的直線運行 穩定性，同時又能保證輪緣不接觸鋼軌，使車輛安全地通過小半徑曲線。提供一種既能 提供較高的抗菱剛度又能提供一定導向作用的軸箱副構架交叉桿直線電機轉向架。本發 明提出的軸箱副構架交叉直線電機轉向架。圖 1 為該轉向架三維視圖, 圖 2 軸箱副構架 交叉桿直線電機轉向架主視圖，圖 3 軸箱副構架交叉桿直線電機轉向架俯視圖，圖 4 軸 箱副構架交叉桿直線電機轉向架側視圖。 其結構實現：采用內側懸掛，一個轉向架有四個曲臂，曲臂兩兩焊接形成副構架臂， 然后把副構架臂安裝在同一輪對的兩個軸箱上，通過兩桿把一個轉向架的兩個副構架臂 連接起來（附圖 1（2）），副構架臂用一彈性懸掛掛在構架上，線性電機一端以一個輪 對的兩個軸箱體為支點、另一端以另一車軸為支點實現軸間彈性懸掛，線性電機與感應 軌間隙可根據實際情況予以確定；轉向架副構架靠近車體中心一側。軸箱與構架之間用 橡膠彈簧連接，根據設計要求提供較小的橫向、縱向及垂向剛度，為了保證在車輛運行 中線性電機與感應軌之間的間隙不致變化過大，垂向剛度相對較大；構架與搖枕之間采 用心盤及彈性旁承共同承載方式，搖枕與車體之間的在橫向與垂向通過空氣彈簧實現， 縱向通過牽引拉桿實現；對于制動，采用磁軌制動加軸盤制動方式。 技術指標：在最小通過曲線半徑 R50m，直線運行最大速度小于 120km/h 時，滿足相關標 準的安全性能指標，平穩性指標為優。

本成果適用于具有超低摩擦系數和磨損率的滑動摩擦副，如工業泵軸承，內燃機凸輪與挺桿墊塊等。當對偶件分別采用Si3N4陶瓷與鑄鐵，并可用水作潤滑時，其摩擦系數僅為0.02，對偶件的摩損率幾乎接近于零。 如將這一成果用于汽車發動機中的凸輪與挺桿墊塊，Si3N4墊塊的耐磨性可比傳統用墊塊（粉末冶金法）的耐磨性提高15～20倍，鑄鐵凸輪的磨損也可大幅度降低

系統覆蓋面大，數據率高(17.5kbps)、便于移動，性能可靠，價格低廉。其高速數據傳輸性能按每秒一刷新考慮，可為45條線路站牌提供數據信息，另外還可為交通誘導等信息服務方面提供方便。 市場應用前景： 基于調頻廣播副載波的數據傳輸系統在國內外早已有成功運行的先例，國內也有股票、差分GPS信息、交通誘導方面有很多運用。目前開發的電子站牌乘客信息服務系統已被北京公交、長春公交等地看好，相信會在智能交通(ITS)方面做出應有的貢獻。 與國內外技術水平比較： 調頻廣播副載波數據傳輸系統屬國內領先，達到國際同類水平的技術。基于此系統的電子站牌尚屬首家。

本系統為在線監測系統，主要對船舶柴油機在運行中的性能參數進行監測。如柴油機的振動、噪聲、油溫、輸出扭矩、輸出轉速、缸壓、輸入扭矩、輸入功率、曲軸箱及螺旋槳的變速箱等多個性能指標進行實時多通道采集分析。系統自行對相應的變化做出反應，自動報警。并對測試結果自動打印測試報告。該系統具有黑匣子功能，對故障信號能夠自動存儲、分析和診斷。

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