집적회로, AIGC, 로봇... 7명의 푸단 과학자들이 미래를 이렇게 내다본다

【편집자 주】

2023년 5월 27일은 푸단대학교 창립 118주년이 되는 날입니다. “개교 기념일의 모든 활동은 과학 연구를 촉진하는 데 중점을 두고 있습니다.” 1954년 개교 기념일 전날 천왕다오 총장이 이 아이디어를 제시한 이래로 개교 기념일에 과학 강연을 개최하는 것은 푸단의 주요 행사 중 하나가 되었습니다. 중요한 학문적 전통.

지속적인 학문적 전통, 수백년의 끝없는 노래. 5월 9일부터 인문학, 사회과학, 과학, 공학, 의학 등 다양한 분야의 푸단 유명 교사 50여 명이 차례로 학술 강연을 할 예정이다.

학교 창립 118주년을 기념하는 "지속적으로 통합 혁신을 촉진하고 새로운 공학 개발을 위한 새로운 모멘텀 창출" 시리즈 학술 강의의 새로운 공학 특별 세션에서 7명의 푸단 과학자들이 자신의 분야에서 최첨단 진전을 공유했습니다. 분야를 개척하고 청중에게 미래 기술의 창을 열어주었습니다.

집적 칩 및 시스템 국가 핵심 연구소 소장, 칩 및 시스템 프론티어 기술 연구소 소장, 중국과학원 원사 Liu Ming, 태양광 과학 국가 핵심 연구소 학술 리더 Zhan Yiqiang 기술, 정보 과학 및 공학부 부학장 겸 교수, 컴퓨터 과학 기술부 교수 Yan Bo, 차세대 집적 회로 기술 통합 연구 플랫폼 부국장, 마이크로 전자 공학부 부학장 및 교수 Zhou Peng, 생체의학 공학 기술 연구소 부원장, 정보 과학 및 공학부 교수, Ta De'an, Xu Feng, 교육부 전자파 정보 과학 핵심 연구소 소장, 부학장 및 정보과학공학부 교수와 공학응용기술연구소의 젊은 연구원인 팡홍빈이 잇따라 보고서를 냈다.

집적회로의 혁신적인 개발 경로

"올해는 트랜지스터 탄생 76주년이 되는 해입니다. 저는 트랜지스터와 집적 회로가 어떻게 발전했는지, 그리고 그것이 여기 있는 모든 사람들의 생활 방식을 어떻게 변화시켰는지 여러분과 함께 검토하고 싶습니다. 보고서의 시작 부분에서 Liu Ming이 말했습니다. 집적 회로 회로 개발 역사에 대한 간략한 개요를 제공했습니다.

Liu Ming 이 기사의 사진은 모두 푸단대학교에서 제공되었습니다

"트랜지스터의 발명은 고립된 사건이 ​​아니다." 역사적으로 집적회로 분야에 기여한 수많은 학자들이 트랜지스터에 대한 깊은 이해와 시장 수요를 바탕으로 개발되었습니다. . 의. Liu Ming은 다음과 같이 결론을 내렸습니다. "다양한 원리와 기능을 갖춘 장치와 회로 아키텍처를 통해 집적 회로가 다양한 분야에서 널리 사용될 수 있습니다. 또한 장치 및 회로 아키텍처에 대한 연구원의 획기적인 발전으로 집적 회로가 새로운 분야에 적용될 수 있습니다."

Liu Ming은 집적도 향상, 성능 향상, 전력 소비 감소가 집적 회로 기술 개발의 핵심 목표라고 소개했습니다. 오랜 기간에 걸쳐 트랜지스터 크기의 지속적인 축소는 집적 회로 기술의 급속한 발전을 가져왔습니다. 재료, 장치 구조, 리소그래피 기술, 패키징, 심지어 EDA 도구까지 모두 집적 회로의 크기를 줄이는 과정에서 끊임없이 발전하고 있습니다.

트랜지스터의 크기를 더욱 줄이기 위해 집적 회로의 제조 공정과 장비는 점점 더 복잡해지고 있습니다. Liu Ming은 EUV 리소그래피 기계를 예로 들어 광원, 렌즈 재료 및 측면에서 리소그래피 기술의 다양한 혁신을 소개했습니다. EUV 리소그래피 기계는 인간이 만든 기계 중 가장 복잡하고 고정밀이며, 글로벌 산업 협력의 산물임을 지적합니다.

동시에 첨단 공정 칩은 포토리소그래피의 '면적 벽'이라는 제약에 직면해 있습니다. 단일 칩(다이)의 면적은 포토리소그래피 기계의 그래픽 투영 기능의 한계에 접근했습니다. Liu Ming은 집적 회로 산업이 새로운 개발 단계, 즉 시스템, 설계, 제조 및 패키징이 현재의 과제에 대처하기 위해 조화로운 개발을 달성하는 단계에 진입하고 있다고 지적했습니다. 통합 칩 기술 - 칩 레벨 반도체 통합 기술은 복잡한 칩을 코어 입자로 분해하고 실리콘 정밀 제조 기술을 사용하여 여러 코어 입자를 통합하여 복잡한 시스템 통합 및 응용을 달성하고 "면적 벽" 한계를 극복하며 칩 성능 향상을 실현할 수 있습니다. 그리고 기능 확장.

지속 가능한 발전을 위해서는 더 효율적이고 안정적인 새로운 태양전지가 필요합니다

Zhan Yiqiang은 "유연하고 효율적이며 안정적인 페로브스카이트 태양전지에 대한 연구"라는 보고서에서 현재 전 세계적인 에너지 및 환경 문제가 부각되고 있는 상황에서 페로브스카이트 전지의 조화로운 개발이 태양광 발전 제품의 공급 능력을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 기술을 지속적으로 개발하고 탄소중립 실현을 가속화합니다.

잔이창

반도체 광기전 효과를 활용한 태양 에너지는 이상적인 청정 에너지이자 인류가 태양 에너지를 효율적으로 활용하는 중요한 방법이 되었습니다. Zhan Yiqiang은 새로운 페로브스카이트 광전지 기술이 푸단대학교 광전지 과학 기술 국가 핵심 연구소의 핵심 연구 방향 중 하나라고 소개했습니다. 이 기술은 단결정 실리콘 기술에 필적하는 고효율을 달성했으며, 비용이 저렴하고 에너지 소비가 적습니다. 대규모 애플리케이션과 호환됩니다. 면적 및 유연성과 같은 고유한 이점이 있습니다.

국가적 주요 요구에 부응하여 저비용 고효율 페로브스카이트 전지의 첨단 실용화 기술, 태양광 발전원 창출 등 핵심 과제에 중점을 두고 첨단 태양전지 기술의 주요 과학적 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 기술 혁신.

10년 이상의 체계적인 연구를 통해 팀은 공유 가교 전략을 사용하여 페로브스카이트의 본질적인 안정성이라는 핵심 문제를 초기에 해결하고, 표면 및 인터페이스 수정, 응력 제어 및 기타 수단을 결합하여 작업 수명을 공동으로 개선했습니다. 장치. 관련 연구에서는 하향 변환 발광 재료를 사용하여 유연한 페로브스카이트의 광 흡수 범위를 넓히고 보다 효율적인 유연한 페로브스카이트 광전지 장치를 준비하는 유연한 기판에 적합한 저온 준비 공정을 개발했습니다. 미래에 유연한 페로브스카이트 장치는 항공우주, 광전지 통합 구축, 운송, 웨어러블 및 휴대용 장치 및 기타 분야에서 널리 사용될 가능성이 높습니다.

AIGC 대형 모델 개발은 앞으로 대세입니다

AIGC, 즉 '생성 인공지능'은 다양한 분야의 과학 연구를 전복시키는 동시에 인류 사회에 영향을 미치고 있습니다. Yan Bo는 "AIGC 새로운 엔진 및 다분야 교차 통합 애플리케이션"이라는 제목의 보고서에서 AIGC에 컴퓨팅 성능, 데이터, 알고리즘이라는 세 가지 주요 요소가 포함되어 있으며 해당 기술이 트위닝, 편집, 그리고 창조. AIGC+X 모델을 사용하면 새로운 방법을 도입하고, 새로운 재료를 발견하고, 과학 연구를 위한 새로운 데이터를 생성할 수 있습니다.

얀보

"양적 변화는 AIGC 세대 역량의 질적 변화를 촉발했습니다. 예를 들어 최근 인기 있는 대규모 언어 모델 ChatGPT를 통해 질적 변화의 결과를 확인할 수 있었습니다." Yan Bo는 현재 AIGC 모델의 잠재력이 부각되고 있다고 말했습니다. 말하는 인물을 실시간으로 합성할 수 있으며, 텍스트 기반의 창의적인 콘텐츠를 합성하여 고해상도 비디오를 생성할 수도 있습니다.

사회가 발전함에 따라 업계는 스마트 보안, 스마트 의료, 스마트 단말기 및 기타 분야에서 새로운 요구를 제시했습니다. 이와 관련하여 AIGC는 미디어 적응 및 편집, 부정확한 시청 문제를 더 잘 해결할 수 있습니다. 먼 거리에 있는 작은 물체, 낮은 해상도에서 불분명한 품질 등의 문제.

AIGC의 강력한 편집 능력은 현실 사회에서도 중요한 역할을 하고 있습니다. 그의 연구실에서 개발한 '완전 집중' 감시 영상 집중 시스템은 조건부 의미에 대한 신속한 위치 확인 및 인식을 달성하고, 범죄를 신속하게 해결한다는 목적을 달성하며, 검색 시간을 99%까지 단축할 수 있습니다. 선전 공안부는 사건 처리 및 조사에 이 완벽한 감시 영상 추출 기술과 시스템을 성공적으로 적용했습니다.

AIGC의 두 가지 기능은 푸단대학교 역사박물관의 역사적 자료 복원에도 교묘하게 사용되어 푸단의 기억을 담고 있는 중요한 역사적 이미지 자료를 고화질로 재현할 수 있게 되었습니다.

의료 분야에 인공지능을 적용하는 연구실에서는 AIGC+ 의료 응용을 연구하여 '내시경 스마트 아이'의 핵심 알고리즘과 하드웨어 시스템 개발에 성공했습니다. 관련 결과는 지난 4년 동안 80,000명 이상의 환자에게 혜택을 주었습니다.

Yan Bo는 마침내 AIGC 대형 모델의 개발이 미래의 일반적인 추세이며 AI+ 과학 연구를 강력하게 지원하고 새로운 연구 패러다임을 가져올 것이라는 결론을 내렸습니다.

실리콘과 융합된 2차원 반도체 산업은 새로운 블루오션

집적회로는 우리나라 현대산업 발전의 기본지원이며 과학기술 분야에서 높은 수준의 자주적 혁신을 달성하는 중요한 부분입니다. 결정질 실리콘의 응용은 트랜지스터가 인류의 미래와 밀접한 기초 기술인 집적회로의 '증분적' 기적을 실현하는 데 도움이 됩니다.

최근 몇 년간 집적회로 분야의 문제와 과제는 점점 더 뚜렷해지고 있습니다. 가장 중요한 문제는 수축으로 인한 공정 문제, 과도한 에너지 밀도로 인한 에너지 소비 문제, 저장 벽으로 인한 속도 불일치 문제입니다. 크기 축소, 전력 소비 효율성, 저장 벽이라는 세 가지 물리적 원리의 한계로 인해 집적 회로의 성능 개발이 점차 느려지고 있습니다.

저우 펭

집적회로 분야에서는 혁신을 통해서만 문제를 극복할 수 있으며, 새로운 재료, 새로운 구조, 새로운 장치의 병목 현상을 끊임없이 돌파해야 합니다. Zhou Peng 팀은 새로운 장치를 구축하고 실리콘의 집적 밀도 및 에너지 소비라는 현재 문제에 대한 해결책을 찾기 위해 더 풍부한 물리적 특성과 더 다양한 특성을 가진 2차원 재료에 관심을 돌렸습니다.

"독특하고 우수한 성능 덕분에 2차원 반도체는 실리콘 기반 집적 회로 개발 시 기존 기술의 병목 현상을 극복하고 에너지 소비 문제와 저장 문제를 완화할 것으로 기대됩니다." 최근 몇 년 동안 Zhou Peng은 그의 팀을 이끌고 이중 표면 채널 트랜지스터(TSCFET), 초박형 다중 채널 게이트 주변 트랜지스터(MBCFET), 실리콘 기반 2차원 이종 통합 적층 트랜지스터(CFET), 2- 차원 PN 플래시 메모리 등 일련의 연구 성과.

"오늘 내 보고서는 2차원 반도체가 실현 가능하다는 것을 증명하는 것입니다." Zhou Peng은 2차원 반도체가 궁극적인 게이트 길이 확장을 달성할 것으로 예상되는 독특한 전기적, 열적, 화학적 및 광학적 특성을 가지고 있다고 소개했습니다. 컴팩트하게 구축 백엔드 CMOS 회로(CFET)의 경우 실험실 기반 초대형 2D 트랜지스터가 우수한 성능을 보였으며 2D-FET의 산업 규모 생산을 위한 경로도 개발되고 있습니다.

Zhou Peng은 실리콘과 통합된 2차원 반도체 산업이 더욱 혁신 중심적이고 지속적인 핵심 기술 연구 개발이 필요한 새로운 블루오션이라고 믿습니다.

"금지 구역"에 도전: 골격계의 초음파 평가 및 조절

20여년 전만 해도 뼈는 초음파 진단이 '금지된 영역'이었습니다. 그의 팀은 '금지 구역'에 도전해 뼈 초음파 연구에 큰 진전을 이루었습니다. 이번에 그는 "골격계의 초음파 평가 및 조절"이라는 제목의 보고서를 가져 왔습니다.

골다공증은 세계에서 두 번째로 흔한 질병을 넘어섰고 인간의 건강에 영향을 미칩니다. 중국에는 골다공증 환자가 1억 명이 넘습니다. 골격초음파 연구는 국민의 생명과 건강, 국가의 주요 전략적 요구에 맞춰 진행된다고 할 수 있습니다.

성인의 골다공증 진단에는 X선, CT, 이중에너지X선이 주로 사용됩니다. "이러한 방법은 뼈의 '양', 즉 골밀도를 반영할 수 있지만 뼈의 탄력성과 같은 뼈의 '질'을 반영할 수는 없습니다."라고 He De'an은 지적했습니다.

수년에 걸쳐 초음파는 많은 장점으로 인해 주목을 받고 임상 적용을 받아왔습니다. 그러나 기존의 뼈초음파 영상장치들은 대부분 초음파 투과 방식을 사용하는데, 이는 측정 위치가 제한되어 있고 대개 종골만 측정할 수 있어 영상 공간 해상도가 낮고 뼈의 내부 형태와 윤곽 정보만 대략적으로 표시할 수 있다.

그 사람은 잘 지내요

많은 과제에 직면한 Tadian 팀은 벌집형 해면골에서 초음파 산란의 이론적 모델을 제안하고, 점액이 채워진 다층 관형 장골에서 초음파 전파의 이론적 모델을 구축하고, 역 문제 해결 알고리즘을 최적화했습니다. 초음파 후방산란 방식을 기반으로 한 새로운 뼈초음파 진단기기가 개발되었습니다.

현재 이 뼈 초음파 진단기는 Dixing II 실험 머리다운 침대 휴식 실험에 사용되었습니다. 이는 미세 중력 환경에서 뼈 손실의 법칙을 연구하고 중국 우주 정거장 우주비행사의 뼈 손실을 방지하기 위한 중요한 이론적 기초와 귀중한 실험 데이터를 대량으로 제공합니다.

레이더 기술의 혁명: 합성 개구 레이더

지난주에 열린 상하이 과학기술상 컨퍼런스에서 Xu Feng이 이끄는 팀이 상하이 자연과학상 1등상을 수상했습니다. 그는 Xianghui Hall 연단에서 "마이크로파 비전 및 레이더 지능형 표적 인식"에 관해 연설했습니다.

쉬펑

제2차 세계 대전 당시 가장 전통적인 레이더에는 원형 디스플레이 인터페이스가 장착되어 있어 감지된 표적을 커서 형태로 인터페이스에 표시할 수 있었습니다. Xu Feng 팀이 연구하고 있는 것은 합성 개구 레이더(SAR)로, 위성이나 항공기 등 비행 플랫폼에 설치하여 하루 종일 지구를 이미지화하여 1차원 범위에서 2차원 높이로 도약할 수 있는 것입니다. -해상도 이미징은 레이더 기술의 혁명입니다.

중국은 40년 이상 독립적인 연구 개발을 수행해 왔으며 수십 개의 레이더 위성을 발사했지만 여전히 레이더 이미지 해석의 주요 애플리케이션 병목 현상을 극복해야 합니다. Xu Feng은 "레이더 위성은 매일 엄청난 양의 데이터를 얻을 수 있으며 숙련된 전문가에게만 수동 해석을 의존하는 것은 매우 비효율적입니다. 우리나라는 SAR 이미지의 자동 해석에 대한 기초 연구를 시급히 수행해야 합니다"라고 말했습니다.

진 야추(Jin Yaqiu) 학자는 마이크로파 영역 레이더 이미지를 자동으로 해석하기 위해 특별히 물리학에서 영감을 받은 인공 지능 기술을 개발하는 새로운 개념을 제안했습니다. 이것이 소위 마이크로파 비전입니다. Xu Feng은 작동 원리, 이미지 속성 및 인지 메커니즘 측면에서 마이크로파 비전과 기존 광학 비전의 차이점을 소개했습니다. 광학 비전이 광학적으로 자극된 선천적 시각 신경망과 획득된 빅 데이터 학습 및 훈련을 기반으로 하는 생체 공학 비전이라면, 마이크로파 비전은 전자기 물리적 메커니즘을 기반으로 해석 가능한 물리적 비전이며 희소 데이터에 적응할 수 있습니다.

마이크로파 비전의 물리적 기반, 지능 기반 및 인지 기반을 논의하고 다양한 지능형 표적 인식 알고리즘을 제안하는 것 외에도 Xu Feng 팀은 탐지, 이미징 통합 애플리케이션을 위한 UAV 기반 레이더 이미징 알고리즘 세트도 설계했습니다. , 인식 및 시스템. 보고회에서 재생된 영상에서는 드론이 밝은 잔디 위로 천천히 솟아올라 한단캠퍼스 본교와 남부지구에 대한 고해상도 SAR 영상을 수행해 측위 보조 없이 고해상도 영상을 구현하는 모습을 보여주고 있다. 온보드 및 온보드 지능형 처리를 위한 마이크로파 비전 원리 프로토타입을 개발하고 연구 결과를 실제 시스템에 적용합니다.

다양한 대형 모델이 나온 후 Xu Feng 팀은 이에 대해 몇 가지 테스트를 수행한 결과 물리적 특성이 강한 레이더 이미지를 직접 적용하기 어렵다는 사실을 발견했습니다. 이는 체계적인 물리적 지식을 학습하지 않았음을 의미하므로 물리적 지능이 표현된다고 믿었습니다. AI 과학은 발전할 여지가 많습니다. "ChatGPT는 특이점의 도래를 의미합니까?"라는 질문에 Xu Feng은 보고서 말미에서 "특이점이 도래하든 안 하든 우리는 과학을 믿습니다

"라고 대답했습니다.

미래의 로봇을 만들고 자연에서 영감을 얻으세요

미래에는 로봇이 어디로 갈까요? 동물과 종이접기는 과학자들에게 끝없는 영감을 줍니다.

서비스 로봇팔, 네발 달린 로봇견 등 우리가 흔히 접하는 로봇 케이스는 늘 자연에서 영감을 받아왔습니다. "팡홍빈의 관점에서 생체공학은 로봇 기술의 진보를 촉진하는 중요한 힘입니다.

생체공학 모바일 로봇의 설계, 모델링 및 제어는 새로운 핫스팟이자 새로운 도전입니다. 재난 폐허에서 생존자 수색 및 구조, 산업용 파이프라인 검사 및 청소, 인간 위장관 탐지 및 치료, 전장 정보의 은밀한 정찰 등 좁고 제한된 환경에 직면할 때 전통적인 바퀴 달린 로봇과 다리 달린 로봇은 불가능합니다. 이를 위해서는 동물로부터 더 많은 것을 배우고 새로운 로봇 구조 설계를 제안하는 것이 시급합니다.

팡홍빈

동물에게서 어떻게 배울 수 있나요? Fang Hongbin은 "다리가 없는 동물은 제한적이고 좁은 비구조적 환경에서 잘 이동할 수 있는 능력이 있습니다. 예를 들어 지렁이는 땅과 지하 파이프에서 모두 이동할 수 있는 능력이 있습니다."라고 말했습니다. 다리가 없는 동물의 형태학적 특성과 움직임 메커니즘을 알아보세요. 생체 공학 무족 이동 로봇의 개발은 미래 로봇 개발의 중요한 방향입니다.

최근 푸단대학교 지능형 로봇 연구소의 생체 구조 및 로봇공학 연구실은 벌레형 이동 로봇 연구 분야에서 많은 혁신적인 결과를 달성했습니다. Fang Hongbin은 파이프라인, 수역, 수로 등 복잡한 환경에서 효율적으로 이동할 수 있는 "크립+스윙", "크립+스윙", "크립+롤" 등 다양한 벌레형 다중 모드 모바일 로봇의 설계를 주도했습니다. 그리고 자갈. Fang Hongbin은 또한 혁신적으로 "접는" 아이디어를 로봇 개발에 도입하여 기존의 "3차원 디자인-3차원 처리-최종 조립" 로봇 준비 프로세스를 "2차원 주름 처리-접기"로 전환하고 다양한 디자인을 디자인했습니다. 종이접기 같은 벌레 같은 모바일 로봇은 미래 로봇 개발의 중요한 방향을 구성합니다.

Fang Hongbin은 생체 공학 로봇과 종이 접기 로봇 연구에 기회와 도전이 모두 있다고 믿습니다. 미래에는 로봇이 더욱 강성-유연한 결합 특성과 재구성 가능한 특성을 보여줄 것이며 로봇의 성능도 다중 모드가 될 것이라고 믿습니다. 모션, 고성능, 소형화, 지능화를 향해 계속 전진합니다.

위 내용은 집적회로, AIGC, 로봇... 7명의 푸단 과학자들이 미래를 이렇게 내다본다의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!