余浩的中國“芯”：實現創新鏈與產業鏈融合發展

文／本刊記者 王 郁

集成電路芯片及其制造技術是信息時代的基石，代表著當今世界微細制造的最高水平，在各行各業中發揮著非帯重要的作用。

經過9年攻關，我國集成電路關鍵設備終于實現從無到有、由弱變強。現如今，隨著經濟的發展以及下一代通信的需求，對高性能集成皂路領域的研究吸引了眾多科研人員的關注。

作為該領域的國際著名專家，南方科技大學電子與電氣工程系副教授余浩通過十余年的科研探索，通過與華為開展“低功耗機器學習芯片”、“5G通信芯片”，與華大基因開展“生物芯片”，與騰訊展開“人工智能算法開發”等技術合作，實現創新鏈與產業鏈融合發展，形成了一個“產學研”合作共贏的創新生態系統。

近日，中國產學研合作促進會在北京會議中心召開第十二屆中國產學研合作創新大會，余浩榮獲2018中國產學研合作創新獎。

博學篤志投身于集成電路

余浩長期從事高性能集成電路芯片設計，例如：毫米波太赫茲雷達通訊芯片、人工智能芯片及傳感器芯片等領域的教學和科研工作，并大力推動關鍵技術的產業化。

1999年，余浩獲復旦大學學士學位，之后留學美國加州大學洛杉磯分校，并分別任職于美國伯克利自動化設計有限公司資深研發工程師、新加坡南洋理工大學助理教授，以及維爾特斯集成電路研究中心和瓦倫斯生物醫療研究中心主任。

在高性能集成電路領域的探索和研究，使余浩取得了許多顯著的成果。已主持并完成6個新加坡政府基金項目，撰寫了6部英文專著，發表出版物250篇，并榮獲國際計算機協會最佳論文獎和美國半導體工業聯合會創新發明獎。余浩還是20個國際頂級會議的技術委員會委員和分會主席。他在國際大會主題報告2次，受邀報告25次（IEEEIMS，IEEE-ISCAS，Columbia University等）。余浩曾參與多個國家重點項目申請答辯（基金海外重點，基金國內重點，基金儀器重大專項），曾任復旦大學國家專用集成電路實驗室的高級訪問教授，杭州電子科技大學講座教授，并擔任華為2012實驗室等主要海外合作及咨詢專家。

在不斷的磨礪中，余浩成為該領域的專家，受到業界許多國際專家的高度贊譽。他不僅是復旦大學國家專用集成電路實驗室高級訪問教授、華為Shannon實驗室研發顧問、IEEE電路系統方向的杰出宣講人、多個國際著名期刊的副主編，還是多個IEEE/ACM頂級會議技術評審成員及新加坡和香港科研重點項目評審人，并成功入選了“深圳市海外高層次人才（B類）”。

銳意創新突破高性能集成電路瓶頸

在高性能集成電路領域，余浩積極進取銳意創新。在D和2.5D互連集成的研究工作中，余浩首次提出了多物理（電熱）的3D互連仿真模型，基于該模型指出了雖然3D互連設計將解決2D帶寬瓶頸，但有嚴重熱輸散問題，提出了基于2.5D集成的現實重要性。該工作獲2016年度ACM ODAES期刊最佳論文。現在余浩主要從事人工智能芯片、太赫茲通訊芯片、DNA傳感器芯片三個方向的研究工作，并取得突破性進展。

在人工智能芯片方面，余浩針對設計下一代用于終端的高并行低功耗人工智能硬件芯片已成為當前智能制造研發的重點，余浩團隊在深圳市海外高層次人才團隊研發項目“下一代超低功耗類腦人工智能芯片技術”研究中，著重發展適合中國智能制造的下一代超低功耗類腦人工智能專用芯片技術，即實現具有低功耗、高通量性能的機器學習硬件。團隊將設計在比特級進行并行處理的處理器，該比特級高度并行的處理器將充分分布于存儲寄存器之間，這樣的處理架構充分展現高通量低功耗的類腦信息處理。為實現這樣的架構，他們進一步引入兩項核心技術：深度學習神經網絡的二值化（比特）簡化，基于

MOS+ReRAM（憶阻元件）三維集成的二值化內存計算，從而在前端小型化設備上也能夠實現擁有深度學習的人工智能，為千億的智能制造打造一顆智能芯。

在太赫茲通訊芯片方面，余浩進一步提出了基于MOS的太赫茲互連技術，提出了直接在硅基上激發磁偶極子的表面波源，并用周期性表面波傳輸線傳播信號，及整個亞太赫茲波段的表面波互連電路設計。由于電場被束縛于金屬表面，該設計如同電學光纖，大大降低了輻射損耗，和傳統互連線相比降低了19db的串擾，其結果發表在015年及2016年的Nature Scientific Report上。他出版的專著“超材料CMOS毫米波和太赫茲集成電路的設計”，被一些國際知名院校圖書館收藏。余浩的高速太赫茲互連工作獲美國半導體工業聯合會（SRC）創新發明獎創新發明獎，并有授權專利20項。其研究成果多次被美國在線技術雜志報道。由于在高性能集成電路領域的突出成果，余浩得到了廣東省高水平理工學科建設近三千萬支持建設太赫茲系統測試系統。

在DNA傳感器芯片方面，2018年10月17日至19日，國際電子電氣協會（IEEE）生物醫療電路與系統大會（Biomedical Circuits and Systems）（IEEE BioCAS）在美國克利夫蘭舉行。余浩課題組在基于CMOS納米濾波器（spoof surface plasmonic filter）的生物熒光圖像傳感器領域取得重要進展，其研究成果論文被IEEE BioCAS評為最佳論文。余浩課題組開發了完全基于CMOS圖像傳感器工藝集成的納米濾波器。該技術有效地提高了對微弱熒光信號的信噪比，提高了檢測的準確率，為生物醫學熒光檢測在DNA測序領域開辟了一條新的道路。

2018年10月30日，余浩受邀在加拿大蒙特利爾舉辦的國際電子電氣協會（IEEE）年度生命科學大會（Life Sciences Conference or LSC）上作題為“CMOS integrated Lab-On-Chip System for Personalized DNA Sequencing”的主題演講（Keynote）。余浩在主題演講中介紹了課題組運用CMOS集成電路技術在個性化醫療特別是DNA測序領域的成果，包含了機器學習數據分析芯片和多功能傳感器芯片的最新研究成果。

助力產學研一體化

余浩希望能夠為了國家培養更多在集成電路方向具有領導力的人才。他希望通過嚴格的培養，為我國的科研發展儲蓄后備力量。他的學生中，已畢業5名博士生，正在指導由5名博士生及10名研究人員組成的科研團隊。他的博士生工作多次獲國際論文獎勵，并在多個國際著名高新企業及高校任職。

近年來，余浩組建了一支科研團隊建設高性能集成電路重點學科，他還協助建立了深圳第三代半導體研究院和國家示范性微電子學院—深港微電子學院。

目前，我國已經成為了世界最重要的芯片消費市場之一。政府大力主導推動整體產業發展，先后頒布了《國務院關于印發進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》（國發〔2011〕4號）、《國家集成電路產業發展推進綱要》等政策。在國家政策的支持下，余浩和他的團隊積極抓住集成電路新一輪發展機遇，促進高性能集成電路產業實現跨越式發展。

雖然取得一系列成果，但是余浩依然保持著謙虛的本色，繼續奔赴在集成電路創新的前沿陣地，勇攀登科研高峰。現在，他已經把目光聚焦于智能硬件領域的研究及產業化，加強與國際一流學者及企業研究室的合作，開展智能傳感器芯片設計，推動研究的產業化進程。