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“傅里葉變換”是頻率的“翻譯器”，可將聲音、圖像等復(fù)雜信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率語言，是科學(xué)和工程領(lǐng)域一種基礎(chǔ)且應(yīng)用廣泛的計(jì)算方式。北京大學(xué)人工智能研究院研究員陶耀宇、集成電路學(xué)院教授楊玉超組成的科研團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了一種全新的多物理域融合計(jì)算架構(gòu)，可利用后摩爾時(shí)代的新器件支持傅里葉變換，使算力提升近4倍，為具身智能、邊緣感知、類腦計(jì)算、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域開辟新的可能。相關(guān)研究成果1月9日發(fā)表于《自然-電子學(xué)》。

在后摩爾時(shí)代，以憶阻器、光電器件為代表的后摩爾時(shí)代的新器件憑借獨(dú)特的計(jì)算性能，被視為突破算力與能效困局的希望。盡管多種后摩爾時(shí)代的新器件在簡(jiǎn)單線性算子上具有顯著優(yōu)勢(shì)，但由于支持算子種類單一，無法適配實(shí)際應(yīng)用中多樣化的計(jì)算方式需求，導(dǎo)致這些前沿技術(shù)始終難以跨越“從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)”的鴻溝。

科研團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)傅里葉變換這一通用計(jì)算方式，創(chuàng)造性地將“易失性氧化釩器件”與“非易失性氧化鉭/鉿器件”這兩種適合做頻率轉(zhuǎn)換載體的新器件，在多物理域融合架構(gòu)下進(jìn)行系統(tǒng)集成，做出了可應(yīng)用于傅里葉變換等多樣化計(jì)算方式的硬件系統(tǒng)。

論文共同第一作者兼通訊作者陶耀宇介紹，這一新技術(shù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)99.2%的傅里葉變換精度。實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果顯示，兩種器件吞吐率相比目前最快的硅基芯片提升近4倍，能效提升達(dá)96.98倍，同時(shí)顯著降低了存儲(chǔ)與互連資源的消耗。

論文通訊作者楊玉超表示，新的計(jì)算框架有望突破后摩爾時(shí)代的新器件的算子譜系擴(kuò)展難題，即可同時(shí)支持多種計(jì)算方式，使新器件能真正“跑起來”，加速新器件在人工智能基礎(chǔ)模型、具身智能、自動(dòng)駕駛、腦機(jī)接口、通信系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域的落地應(yīng)用。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41928-025-01534-8