近日，國際頂級期刊《自然•電子學》（Nature Electronics）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《基於複製和貼上大腦的神經形態電子學》。論文提出了研發模擬人腦晶片的願景，透過複製大腦神經元，讓電子晶片實現近似於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晶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
在人工智慧技術被廣泛應用的今天，圍繞它的前瞻技術研發愈加深入，這其中的類腦晶片研究更備受重視。
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，數量約等於銀河系中的恆星數。這些神經元又構成10-15個神經連線，將複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，也是類腦晶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，以構築人腦複雜功能所知甚少。但這並不妨礙科技工作者以大腦為“啟發”，研製具有大腦神經網路結構和功能的電子晶片。
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，為類腦晶片領域的研發提供可能。論文指出，奈米電極陣列能有效進入大腦神經元，並以極高靈敏度記錄電流訊號，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“複製”神經元連線圖，並將其“貼上”至非揮發性記憶體（Non-Volatile Memories）上，例如日用固態硬碟（SSD）中的商業快閃記憶體，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程式設計，使其得以利用傳導性，重現被複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晶片的願景
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線更是神經元數量的1000倍以上。因此，最終用於“複製”的神經形態晶片，將具備儲存100萬億個虛擬神經元和突觸資料的容量。
對此，三星電子表示，三星主導的“3D整合技術”開創了儲存器產業的新時代，可以使得在一個晶片上整合如此多的儲存晶片成為可能。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慧半導體領域的領先地位。
透過論文，人們已經足以直觀感受到三星類腦晶片的研發實力。而在通往人工智慧化未來的路上，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慧處理能力的高頻寬儲存器HBM-PIM。每個儲存庫內都加入了DRAM最佳化AI引擎，可直接提供資料儲存位置所需的處理能力，能做到並行處理還可大幅降低資料移動。這突破了業界所討論的馮諾伊曼瓶頸，可加速資料中心大規模資料運作、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，並降低近70%的耗電量。
同時在被稱為“積體電路界奧林匹克”的ISSCC（國際固態電路會議，是世界學術界和企業界公認的積體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，內容涉及影象感測器、3nm、儲存器、AI晶片和領先的5nm手機SoC及資料轉換器等多個領域。
得益於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，滿足市場對高效能晶片的需求，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，三星宣佈公司的3nm世代工藝GAE 將於 2022 年投入量產，3nm世代的3GAP則將在2023年量產，2nm世代的2GAP工藝將於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電晶體技術，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效能限制，將為今後資料中心和人工智慧等領域發展提供有力的技術支援。
在CIS（接觸式影象感測器）研發方面，三星的表現也同樣出色。當智慧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畫素的攝像頭時，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於0。64µm畫素的2億畫素（200Mp）解析度影象感測器ISOCELL HP1，這款產品不僅有著超高解析度，而且封裝小巧，能很好融於如今的各類手持裝置。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，也能拍出炒高解析度照片，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影片，且儘可能減少視野損失。
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蹟，也正在面向未來的科技產業做廣泛佈局。正如三星電子高階技術研究院研究員Donhee Ham所言，“我們提出的願景非常宏大，但朝著這樣一個宏偉的目標努力，我們將推動機器智慧、神經科學和半導體技術的邊界。”