北航研究团队成功研发混合随机计算 SoC 芯片

据《光明日报》报道，由北京航空航天大学（Beijing Aeronautics University，BUAA）电子与信息工程学院李洪革教授领导的研究团队成功开发了一款开创性的计算芯片——混合随机计算 SoC 芯片。该芯片基于完全自主研发的开源 RISC-V 架构，容错能力强、抗干扰能力强、能效高。它引入了数字表示（重新定义二进制数）、计算算法（内存计算）和异构计算架构（SoC 设计）的颠覆性创新。这一成就建立了基于混合随机数的新计算范式，代表了从数值系统表示到芯片实现的原创创新，支撑了中国高性能智能计算的进步。

计算能力是反映一个国家工业基础的关键指标。高计算能力或高能效是智能计算的核心。然而，当前的计算芯片技术面临着两大挑战：电力墙和建筑墙。前者源于二进制信息表示效率低下与功耗高之间的矛盾;后者涉及非硅基芯片与传统 CMOS 芯片及其计算架构之间的不兼容。

为了解决这些问题，该团队长期以来一直专注于非二进制数的计算机制和芯片设计。他们提出了一种新型的数字表示形式——混合随机数 （HSN），它结合了二进制和随机数。李教授解释说，随机计算是通过 CMOS 逻辑信号在给定时间段内保持“高”的概率来表示值。换句话说，高级脉冲的频率表示数字概率。

这项研究首次分析和统一了二进制数、传统随机数和混合随机数之间的数学关系。它为所有三个系统构建数学表示并分析它们的特点，包括高容错性、强抗干扰性和高能效。这项工作为新的计算范式奠定了基础，为解决硅基计算芯片中的电源和架构壁问题铺平了道路。

目前，该技术正在商用并应用于触摸识别、仪表显示和飞行控制计算等领域。李教授表示，该团队正在开发专门用于混合随机计算的扩展指令集和微架构。目标是支持语音和图像处理、智能计算（包括大型 AI 模型加速）和各种形式的复杂计算等功能。片上专用算子可实现微秒级时延，满足专用硬件性能和灵活软件计算的双重需求。