Litar bersepadu, AIGC, robot... 7 saintis Fudan meramalkan masa depan dengan cara ini

【Nota Editor】

27 Mei 2023, adalah ulang tahun ke-118 Universiti Fudan. "Semua jenis aktiviti semasa ulang tahun sekolah tertumpu pada mempromosikan penyelidikan saintifik." Sejak itu presiden Chen Wangdao mengemukakan idea ini pada malam ulang tahun sekolah pada tahun 1954, mengadakan kuliah saintifik semasa ulang tahun sekolah telah menjadi salah satu program Fudan. tradisi akademik yang penting.

Meneruskan tradisi akademik, nyanyian tanpa henti selama ratusan tahun. Bermula 9 Mei, lebih 50 guru Fudan terkenal daripada pelbagai disiplin seni liberal, sains sosial, sains, kejuruteraan dan perubatan akan memberikan kuliah akademik satu demi satu.

Dalam sesi khas kejuruteraan baharu siri laporan akademik "Teruskan Mempromosikan Inovasi Bersepadu dan Mencipta Momentum Baharu untuk Pembangunan Kejuruteraan Baharu" sempena sambutan ulang tahun ke-118 penubuhan sekolah itu, tujuh saintis Fudan berkongsi pemotongan- perkembangan kelebihan dalam bidang mereka, membuka pintu untuk penonton Tetingkap kepada masa depan teknologi.

Liu Ming, pengarah Makmal Utama Kebangsaan Cip dan Sistem Bersepadu, dekan Institut Teknologi Cip dan Sistem Frontier, ahli akademik Akademi Sains China, ketua akademik Makmal Utama Kebangsaan Sains dan Teknologi Fotovoltaik, timbalan dekan dan profesor Pusat Pengajian Sains dan Kejuruteraan Maklumat Zhan Yiqiang, Profesor Pusat Pengajian Sains dan Teknologi Komputer Yan Bo, Timbalan Pengarah Platform Penyelidikan Integrasi Teknologi Litar Bersepadu Generasi Baharu, Timbalan Dekan dan Profesor Pusat Pengajian Mikroelektronik Zhou Peng, Timbalan Pengarah Institut Teknologi Kejuruteraan Bioperubatan, Profesor Pusat Pengajian Sains dan Kejuruteraan Maklumat Beliau ialah An, Xu Feng, pengarah Makmal Utama Sains Maklumat Gelombang Elektromagnet Kementerian Pendidikan, timbalan dekan dan profesor Pusat Pengajian Sains dan Kejuruteraan Maklumat, dan Fang Hongbin, seorang penyelidik muda Institut Kejuruteraan dan Teknologi Gunaan, memberikan laporan berturut-turut.

Laluan pembangunan inovatif litar bersepadu

"Tahun ini menandakan ulang tahun ke-76 kelahiran transistor. Saya ingin menyemak bersama anda bagaimana transistor dan litar bersepadu dibangunkan, dan bagaimana ia telah mengubah gaya hidup semua orang di sini." Liu Ming memberikan gambaran ringkas Sejarah pembangunan litar bersepadu.

Liu Ming Gambar-gambar dalam artikel ini semuanya disediakan oleh Universiti Fudan

"Penciptaan transistor bukanlah peristiwa terpencil." Dari segi sejarah, terdapat ramai sarjana yang telah menyumbang kepada bidang litar bersepadu, dan transistor itu berdasarkan pemahaman mendalam tentang fizik keadaan pepejal dan didorong oleh permintaan pasaran Dan dibangunkan. Liu Ming menyimpulkan: “Peranti dan seni bina litar dengan prinsip dan fungsi yang berbeza membolehkan litar bersepadu digunakan secara meluas dalam bidang yang berbeza oleh penyelidik dalam seni bina peranti dan litar juga akan membolehkan litar bersepadu mempunyai aplikasi baharu

Liu Ming memperkenalkan bahawa peningkatan penyepaduan, peningkatan prestasi dan pengurangan penggunaan kuasa adalah matlamat teras pembangunan teknologi litar bersepadu Dalam jangka masa yang panjang, pengecutan berterusan saiz transistor telah memacu kemajuan pesat litar bersepadu. teknologi. Bahan, struktur peranti, teknologi litografi, pembungkusan, dan juga alatan EDA semuanya sentiasa berkembang dalam proses mengecilkan saiz litar bersepadu.

Untuk mengecilkan lagi saiz transistor, proses pembuatan dan peralatan litar bersepadu menjadi semakin kompleks Mengambil mesin litografi EUV sebagai contoh, Liu Ming memperkenalkan kepelbagaian teknologi fotolitografi daripada sumber cahaya, bahan kanta dan struktur. , dan mod pemindahan corak Inovasi global, menunjukkan bahawa mesin litografi EUV ialah mesin paling kompleks dan paling tepat yang pernah dihasilkan oleh manusia, dan juga merupakan hasil kerjasama industri global.

Pada masa yang sama, cip proses lanjutan berhadapan dengan kekangan "dinding kawasan" fotolitografi Luas cip tunggal (die) telah menghampiri had keupayaan unjuran grafik mesin fotolitografi. Liu Ming menegaskan bahawa industri litar bersepadu sedang memasuki peringkat pembangunan baharu, iaitu peringkat di mana sistem, reka bentuk, pembuatan dan pembungkusan mencapai pembangunan yang diselaraskan untuk menghadapi cabaran semasa. Teknologi cip bersepadu - teknologi penyepaduan semikonduktor peringkat cip boleh menguraikan cip kompleks menjadi zarah teras dan menggunakan teknologi pembuatan ketepatan silikon untuk menyepadukan beberapa zarah teras untuk mencapai penyepaduan sistem dan aplikasi yang kompleks, menembusi had "dinding kawasan", dan merealisasikan peningkatan prestasi cip dan pengembangan fungsi.

Untuk mencapai pembangunan mampan, sel solar baharu yang lebih cekap dan stabil diperlukan

Zhan Yiqiang menegaskan dalam laporan bertajuk "Penyelidikan mengenai Sel Suria Perovskit yang Fleksibel, Cekap dan Stabil" bahawa pada masa ini, tenaga global dan isu alam sekitar menonjol, dan pembangunan sel perovskit yang diselaraskan dapat meningkatkan kapasiti bekalan fotovoltaik solar dengan berkesan. produk dan teknologi Menggalakkan pembangunan mampan dan mempercepatkan merealisasikan puncak karbon dan neutraliti karbon.

Zhan Yiqiang

Menggunakan kesan fotovoltaik semikonduktor, tenaga suria telah menjadi sumber tenaga bersih yang ideal dan cara penting bagi manusia untuk menggunakan tenaga suria dengan cekap. Zhan Yiqiang memperkenalkan bahawa teknologi fotovoltaik perovskit baharu merupakan salah satu hala tuju penyelidikan utama Makmal Utama Sains dan Teknologi Fotovoltaik di Universiti Fudan Ia telah mencapai kecekapan tinggi setanding dengan teknologi silikon monohabluran, mempunyai kos rendah, penggunaan tenaga yang rendah, dan adalah. serasi dengan aplikasi berskala besar Kelebihan unik seperti keluasan dan fleksibiliti.

Menghadapi keperluan utama negara, pasukan berusaha untuk menyelesaikan masalah saintifik utama dalam teknologi sel suria termaju, menumpukan pada tugas utama seperti teknologi canggih praktikal bagi sel perovskit kos rendah dan kecekapan tinggi, dan mencipta sumber inovasi teknologi fotovoltaik.

Selepas lebih daripada sepuluh tahun penyelidikan sistematik, pasukan itu menggunakan strategi pautan silang kovalen untuk pada mulanya menyelesaikan isu teras kestabilan intrinsik perovskite, menggabungkan pengubahsuaian permukaan dan antara muka, kawalan tekanan dan cara lain untuk meningkatkan hayat kerja secara kolaboratif. peranti itu. Penyelidikan yang berkaitan telah membangunkan proses penyediaan suhu rendah yang sesuai untuk substrat fleksibel, menggunakan bahan pendarfluor penukaran ke bawah untuk meluaskan julat penyerapan cahaya perovskit fleksibel dan menyediakan peranti fotovoltaik perovskit fleksibel yang lebih cekap. Menghadapi masa depan, peranti perovskit fleksibel juga mungkin digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, membina integrasi fotovoltaik, pengangkutan, peranti boleh pakai dan mudah alih dan bidang lain.

Pembangunan model besar AIGC adalah trend umum pada masa hadapan

AIGC, atau "kecerdasan buatan generatif", sedang menumbangkan penyelidikan saintifik dalam pelbagai bidang dan pada masa yang sama memberi kesan kepada masyarakat manusia. Yan Bo memperkenalkan dalam laporan bertajuk "Enjin Baharu AIGC dan Aplikasi Penyepaduan Merentas Berbilang Disiplinnya" bahawa AIGC merangkumi tiga elemen utama: kuasa pengkomputeran, data dan algoritma, dan teknologinya telah berkembang menjadi tiga keupayaan canggih: berkembar, menyunting, dan penciptaan. Menggunakan model AIGC+X boleh memperkenalkan kaedah baharu, menemui bahan baharu dan menjana data baharu untuk penyelidikan saintifik.

Yan Bo

“Perubahan kuantitatif telah mencetuskan perubahan kualitatif dalam keupayaan penjanaan AIGC Contohnya, model bahasa besar yang popular baru-baru ini, ChatGPT telah membolehkan kami melihat hasil perubahan kualitatif, kata Yan Bo pada masa ini, potensi model AIGC diserlahkan dan boleh mencapai pembinaan 3D kesetiaan tinggi Model ini boleh mensintesis angka bercakap dalam masa nyata, dan juga boleh mensintesis kandungan kreatif berdasarkan teks untuk menjana video resolusi tinggi.

Dengan perkembangan masyarakat, industri telah mengemukakan tuntutan baharu dalam bidang keselamatan pintar, penjagaan perubatan pintar, terminal pintar dan bidang lain Dalam hal ini, AIGC boleh menyelesaikan masalah penyesuaian dan penyuntingan media dengan lebih baik, tidak tepat melihat objek kecil pada jarak jauh, dsb. Masalah seperti kualiti rendah dan resolusi rendah tidak dapat dilihat dengan jelas.

Keupayaan pengeditan AIGC yang berkuasa juga memainkan peranan penting dalam masyarakat sebenar. Sistem penumpuan video pengawasan "penumpuan penuh" yang dibangunkan oleh makmalnya boleh mencapai kedudukan pantas dan pengiktirafan semantik bersyarat, mencapai tujuan menyelesaikan jenayah dengan cepat, dan mengurangkan masa carian sebanyak 99%. Jabatan Keselamatan Awam Shenzhen telah berjaya menggunakan teknologi dan sistem pengekstrakan video pengawasan lengkap ini dalam pengendalian dan penyiasatan kes.

Keupayaan berkembar AIGC juga telah digunakan dengan bijak dalam pemulihan bahan bersejarah di Muzium Sejarah Universiti Fudan, yang boleh menghasilkan semula bahan imej bersejarah penting yang membawa ingatan Universiti Fudan dalam definisi tinggi.

Dalam aplikasi kecerdasan buatan dalam bidang perubatan, makmal telah mengkaji aplikasi perubatan AIGC+ dan berjaya membangunkan algoritma teras dan sistem perkakasan "Endoscopic Smart Eye". Keputusan yang berkaitan telah memberi manfaat kepada lebih 80,000 pesakit dalam tempoh empat tahun yang lalu.

Yan Bo akhirnya membuat kesimpulan bahawa pembangunan model besar AIGC adalah trend umum pada masa hadapan dan akan menyokong kuat penyelidikan saintifik AI+ dan membawa paradigma penyelidikan baharu.

Industri semikonduktor dua dimensi yang disepadukan dengan silikon ialah lautan biru baharu

Litar bersepadu ialah sokongan asas untuk pembangunan industri moden negara saya dan komponen penting dalam mencapai inovasi bebas peringkat tinggi dalam sains dan teknologi. Aplikasi silikon kristal membantu transistor merealisasikan keajaiban "bertambah" litar bersepadu, yang merupakan teknologi asas yang berkait rapat dengan masa depan manusia.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, masalah dan cabaran dalam bidang litar bersepadu telah menjadi lebih jelas dan paling penting ialah masalah proses yang disebabkan oleh pengecutan, masalah penggunaan tenaga yang disebabkan oleh ketumpatan tenaga yang berlebihan, dan ketidakpadanan kelajuan yang disebabkan oleh dinding penyimpanan. soalan . Pembangunan prestasi litar bersepadu semakin perlahan disebabkan oleh pengehadan tiga prinsip fizikal iaitu pengecutan saiz, kecekapan penggunaan kuasa dan dinding storan.

Zhou Peng

Dalam bidang litar bersepadu, masalah hanya boleh diatasi melalui inovasi, dan kesesakan bahan baharu, struktur baharu dan peranti baharu perlu sentiasa dipecahkan. Pasukan Zhou Peng menumpukan perhatiannya kepada bahan dua dimensi dengan sifat fizikal yang lebih kaya dan sifat yang lebih pelbagai untuk membina peranti baharu dan mencari penyelesaian kepada masalah semasa ketumpatan penyepaduan dan penggunaan tenaga untuk silikon.

"Berkat prestasinya yang unik dan cemerlang, semikonduktor dua dimensi dijangka dapat mengatasi kesesakan teknologi tradisional dan mengurangkan cabaran penggunaan tenaga dan kesukaran penyimpanan dalam pembangunan litar bersepadu berasaskan silikon." Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, Zhou Peng telah mengetuai pasukannya untuk mencapai transistor saluran permukaan berganda (TSCFET), transistor keliling berbilang saluran berbilang nipis (MBCFET), transistor bertindan bersepadu heterogen (CFET) dua dimensi berasaskan silikon, dua- PN dimensi Satu siri hasil penyelidikan seperti memori Flash.

"Laporan saya hari ini adalah untuk membuktikan bahawa semikonduktor dua dimensi adalah boleh dilaksanakan." digunakan untuk Untuk membina litar CMOS hujung belakang padat (CFET), transistor 2D ultra-besar berasaskan makmal telah menunjukkan prestasi yang baik, dan laluan untuk pengeluaran 2D-FET berskala industri juga sedang dibangunkan.

Zhou Peng percaya bahawa industri semikonduktor dua dimensi yang disepadukan dengan silikon ialah lautan biru baharu yang memerlukan penyelidikan dan pembangunan teknologi teras yang didorong oleh inovasi dan berterusan.

Cabar "zon larangan": Penilaian ultrabunyi dan peraturan sistem rangka

Lebih daripada dua puluh tahun yang lalu, tulang adalah "kawasan terlarang" untuk diagnosis ultrasound. Pasukannya mencabar "zon terlarang" dan membuat kemajuan besar dalam penyelidikan ultrasound tulang. Kali ini, beliau membawa laporan bertajuk "Ultrasound Evaluation and Regulation of the Skeletal System".

Osteoporosis telah mengatasi penyakit kedua paling biasa di dunia dan menjejaskan kesihatan manusia Terdapat lebih daripada 100 juta pesakit osteoporosis di China. Boleh dikatakan bahawa penyelidikan ultrasound rangka berorientasikan kepada kehidupan dan kesihatan rakyat dan keperluan strategik utama negara.

Apabila mendiagnosis osteoporosis pada orang dewasa, X-ray, CT dan dwi-tenaga X-ray digunakan terutamanya. "Kaedah ini boleh mencerminkan 'kuantiti' tulang, iaitu, ketumpatan tulang; tetapi mereka tidak dapat mencerminkan 'kualiti' tulang, seperti keanjalan tulang."

Selama bertahun-tahun, ultrasound telah mendapat perhatian dan aplikasi klinikal kerana banyak kelebihannya. Walau bagaimanapun, kebanyakan pengimej ultrasound tulang sedia ada menggunakan kaedah penghantaran ultrasonik, yang mempunyai lokasi pengukuran yang terhad dan biasanya hanya boleh mengukur calcaneus Resolusi spatial pengimejan adalah rendah dan hanya boleh memaparkan secara kasar maklumat morfologi dan kontur tulang.

Dia selamat

Menghadapi banyak cabaran, pasukan Tadian mencadangkan model teori penyebaran ultrasonik dalam tulang cancellous sarang lebah, membina model teori penyebaran ultrasonik dalam tulang panjang tiub yang dipenuhi mukus, berbilang lapisan, dan mengoptimumkan penyelesaian masalah songsang berdasarkan meta-pembelajaran. Algoritma, instrumen diagnostik ultrabunyi tulang baru berdasarkan kaedah hamburan balik ultrasound telah dibangunkan.

Pada masa ini, alat diagnostik ultrabunyi tulang ini telah digunakan dalam eksperimen rehat tidur kepala ke bawah eksperimen Dixing II. Ia menyediakan asas teori yang penting dan sejumlah besar data eksperimen berharga untuk mengkaji undang-undang kehilangan tulang dalam persekitaran mikrograviti dan memerangi kehilangan tulang untuk angkasawan stesen angkasa China.

Revolusi dalam teknologi radar: radar apertur sintetik

Pada Persidangan Anugerah Sains dan Teknologi Shanghai yang diadakan minggu lepas, pasukan yang diketuai oleh Xu Feng memenangi hadiah pertama Anugerah Sains Semula Jadi Shanghai. Beliau menyampaikan ucapan mengenai "Microwave Vision and Radar Intelligent Target Recognition" di podium Dewan Xianghui.

Xu Feng

Semasa Perang Dunia II, radar paling tradisional telah dilengkapi dengan antara muka paparan bulat, yang boleh memaparkan sasaran yang dikesan pada antara muka dalam bentuk kursor. Apa yang sedang dikaji oleh pasukan Xu Feng ialah radar apertur sintetik (SAR), yang boleh dipasang pada platform terbang seperti satelit atau pesawat untuk imej bumi sepanjang hari dan sepanjang hari, mencapai lonjakan daripada julat satu dimensi kepada dua dimensi tinggi. -pengimejan resolusi , adalah revolusi dalam teknologi radar.

negara saya telah menjalankan penyelidikan dan pembangunan bebas selama lebih daripada 40 tahun dan telah melancarkan berpuluh-puluh satelit radar, tetapi ia masih perlu menerobos kesesakan aplikasi utama tafsiran imej radar. "Satelit radar boleh memperoleh sejumlah besar data setiap hari, dan adalah sangat tidak cekap untuk bergantung semata-mata kepada profesional terlatih untuk tafsiran manual. Negara kita perlu segera menjalankan penyelidikan asas mengenai tafsiran automatik imej SAR," kata Xu Feng.

Ahli akademik Jin Yaqiu mencadangkan konsep baharu, iaitu membangunkan teknologi kecerdasan buatan yang diilhamkan oleh fizik yang khusus digunakan untuk mentafsir imej radar domain gelombang mikro secara automatik Ini adalah apa yang dipanggil penglihatan gelombang mikro. Xu Feng memperkenalkan perbezaan antara penglihatan gelombang mikro dan penglihatan optik tradisional dari segi prinsip kerja, sifat imej dan mekanisme kognitif. Jika penglihatan optik ialah penglihatan bionik berdasarkan rangkaian saraf visual semula jadi yang dirangsang secara optik dan memperoleh pembelajaran dan latihan data besar, maka penglihatan gelombang mikro ialah penglihatan fizikal yang boleh ditafsir berdasarkan mekanisme fizikal elektromagnet dan boleh menyesuaikan diri dengan data yang jarang.

Selain meneroka asas fizikal, pintar dan kognitif penglihatan gelombang mikro, dan mencadangkan pelbagai algoritma pengecaman sasaran pintar, pasukan Xu Feng juga mereka bentuk satu set radar bawaan UAV untuk aplikasi bersepadu pengesanan, pengimejan dan Algoritma dan sistem pengimejan. Dalam video yang dimainkan pada mesyuarat laporan, dron itu perlahan-lahan naik di atas rumput ringan dan melakukan pengimejan SAR resolusi tinggi bagi daerah utama dan selatan kampus Handan, mencapai pengimejan resolusi tinggi tanpa penentududukan dibantu Membangunkan prototaip prinsip visi gelombang mikro untuk pemprosesan pintar on-board dan on-board, dan seterusnya mendorong hasil penyelidikan ke dalam sistem sebenar.

Selepas pelbagai model besar dikeluarkan, pasukan Xu Feng melakukan beberapa ujian ke atas mereka dan mendapati sukar untuk menggunakan imej radar secara langsung dengan sifat fizikal yang kuat, menunjukkan bahawa ia tidak mempelajari pengetahuan fizikal yang sistematik kecerdasan Sains untuk AI, yang diwakili oleh AI, mempunyai banyak ruang untuk pembangunan. Berdepan dengan soalan "Adakah ChatGPT bermaksud kedatangan singulariti?", Xu Feng memberikan jawapannya sendiri di penghujung laporan, "Tidak kira sama ada singulariti itu tiba atau tidak, kami percaya kepada sains!"

Bina robot masa depan dan dapatkan inspirasi daripada alam semula jadi

Ke mana robot akan pergi pada masa hadapan? Haiwan dan origami memberikan inspirasi yang tidak berkesudahan untuk saintis.

Sarung robot biasa kami, seperti lengan robot servis dan anjing robot berkaki empat, sentiasa mendapat inspirasi daripada alam semula jadi. "Pada pandangan Fang Hongbin, bionik adalah kuasa penting dalam mempromosikan kemajuan teknologi robotik.

Reka bentuk, pemodelan dan kawalan robot mudah alih bionik adalah tempat panas baharu dan cabaran baharu. Apabila berhadapan dengan persekitaran yang sempit dan terhad, seperti mencari dan menyelamat mangsa yang terselamat dalam runtuhan bencana, pemeriksaan dan pembersihan saluran paip industri, pengesanan dan rawatan saluran gastrousus manusia, peninjauan rahsia maklumat medan perang, dsb., robot beroda dan berkaki tradisional tidak mampu Untuk berbuat demikian, terdapat keperluan mendesak untuk terus belajar daripada haiwan dan mencadangkan reka bentuk struktur robot baharu.

Fang Hongbin

Bagaimana untuk belajar daripada haiwan? Fang Hongbin berkata: "Haiwan tanpa kaki mempunyai keupayaan untuk bergerak dengan baik dalam persekitaran terhad dan tidak berstruktur yang sempit. Contohnya, cacing tanah mempunyai keupayaan untuk bergerak di atas tanah dan di dalam paip bawah tanah Pelajari ciri morfologi dan pergerakan haiwan tanpa kaki Mekanisme, " pembangunan robot mudah alih tanpa kaki bionik adalah hala tuju penting untuk pembangunan robot masa hadapan.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, Makmal Struktur Bionik dan Robotik Institut Penyelidikan Robot Pintar Universiti Fudan telah mencapai banyak hasil yang inovatif dalam bidang penyelidikan robot mudah alih seperti cacing. Fang Hongbin mengetuai reka bentuk pelbagai robot mudah alih pelbagai mod seperti cacing seperti "creep + swim", "creep + swing", dan "creep + roll", yang boleh bergerak dengan cekap dalam persekitaran yang kompleks termasuk saluran paip, perairan, dan kerikil. Fang Hongbin juga secara inovatif memperkenalkan idea "lipatan" ke dalam pembangunan robot, mengubah proses penyediaan robot "pemasangan akhir pemprosesan tiga dimensi reka bentuk tiga dimensi" tradisional kepada "lipatan pemprosesan lipatan dua dimensi", dan mereka bentuk pelbagai robot mudah alih seperti cacing origami, membentuk hala tuju penting untuk pembangunan robot masa hadapan.

Fang Hongbin percaya bahawa terdapat peluang dan cabaran dalam penyelidikan robot bionik dan robot origami Pada masa hadapan, robot akan menunjukkan ciri gandingan yang lebih tegar dan ciri yang boleh dikonfigurasikan semula, dan prestasi robot juga akan bertambah baik dalam pelbagai. -pergerakan modal, prestasi tinggi, pengecilan dan Teruskan bergerak ke hadapan ke arah kecerdasan.

Atas ialah kandungan terperinci Litar bersepadu, AIGC, robot... 7 saintis Fudan meramalkan masa depan dengan cara ini. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!