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AI 芯片：它们是什么以及为什么重要
简介和摘要 人工智能将在未来几年在国家和国际安全中发挥重要作用。因此，美国政府正在考虑如何控制与人工智能相关的信息和技术的传播。由于通用人工智能软件、数据集和算法不是控制的有效目标，因此注意力自然会落在实现现代人工智能系统所需的计算机硬件上。现代人工智能技术的成功依赖于几年前无法想象的规模的计算。训练领先的人工智能算法可能需要一个月的计算时间，成本为 1 亿美元。这种巨大的计算能力由计算机芯片提供，这些芯片不仅包含最大数量的晶体管（可以在开（1）和关（0）状态之间切换的基本计算设备），而且还可以根据需要量身定制，以高效执行人工智能系统所需的特定计算。这种尖端的、专门的“AI 芯片”对于大规模实施 AI 具有成本效益至关重要；尝试使用较旧的 AI 芯片或通用芯片提供相同的 AI 应用程序的成本可能要高出数十倍甚至数千倍。生产尖端 AI 芯片所需的复杂供应链集中在美国和少数盟国民主国家，这一事实为出口管制政策提供了机会。本报告详细介绍了上述故事。它解释了 AI 芯片的工作原理、它们为何激增以及它们为何重要。它还说明了为什么尖端芯片比老一代芯片更具成本效益，以及为什么专门用于 AI 的芯片比通用芯片更具成本效益。作为这个故事的一部分，该报告调查了半导体行业和 AI 芯片设计
芯片设计中的人工智能
Rajesh Pendurkar 目前是 Capgemini Engineering 的工程总监，负责推动 DFT 架构以提供创新的硅片解决方案。此前，他曾在英特尔、博通和 Sun Microsystems 担任管理和工程职位。他的研究兴趣包括调试设计、内置自测试、优化算法和机器学习。他创立了 ASIC 设计和测试咨询公司 TriSquare Sense。他是加州大学圣克鲁斯分校的兼职教员。他在《IEEE 集成电路计算机辅助设计学报》等期刊和国际测试会议 (ITC) 等会议上发表了 20 多篇论文。他拥有 6 项专利，是 IEEE 1687 标准委员会工作组的成员。他在佐治亚理工学院获得电气和计算机工程博士学位，并在南加州大学马歇尔商学院获得工商管理硕士学位。
芯片上的 CRISPR 质量控制
纳米电子学与 CRISPR 相遇 生物信号通常由两种分子元素相互结合时产生的相互作用产生。在 CRISPR 中，向导 RNA (gRNA) 与匹配的靶 DNA 序列结合，这一事件在 CRISPR-Cas9 基因组编辑过程中至关重要，其中 gRNA 引导 Cas9 蛋白到达需要修饰的 DNA 链上的精确位置。该过程启动序列特异性切割和潜在的 DNA 编辑，使其成为 CRISPR 技术精确度的根本贡献者。如果我们能够在电子平台上实时高灵敏度地监测这些结合事件，我们就可以使用“可编程”生物化学以高通量检测目标序列。石墨烯生物传感器以石墨烯场效应晶体管 (gFET) 为中心，使用液体电解质栅极来控制电流。它具有高可调性、灵敏度和生物相容性，使其在与生物系统交互方面很有价值。然而，这组属性也可能是一个挑战。溶液中的任何生物分子都可以与石墨烯表面相互作用，从而产生传感信号。因此，要实现特定响应，需要强大且定制的阻断化学或精确的试剂控制。为了利用 gFET 监测 CRISPR 的结合事件以检测 DNA 靶序列，我们召集了一支由背景各异、拥有统一团队的研究生和博士后研究人员组成
量子信息处理的语音芯片
在单个芯片上与长相干时间和功能量子设备的整合，因此实现了全固体量子计算芯片，是当前对量子信息处理的实验研究的重要目标。在各种量子平台中，在光子量子芯片和超导量子芯片中已经取得了一系列显着的进展，而量子数的数量和量子电路的复杂性都在增加。尽管这两个芯片平台具有各自的独特优势和潜力，但它们的缺点已经逐渐揭示并需要解决。通过引入声子集成的设备，可以在同一芯片上组合所有无用的语音，光子和超导量子设备，以实现它们之间的相干耦合。在这里，我们提供了有关量子信息处理的综合光子，超导和混合量子芯片的前景和简短审查。
优化多量芯片拓扑
标题为“多量芯片拓扑的优化”的海报着重于设计用于多量量子处理器的可扩展和高效的ARCHITECTURES。该研究突出了超导量子位，以其可控性和作为量子计算中量子信息的基本单位而闻名。这项研究强调了参数的重要性，例如纠缠，量子误差校正和可扩展性在多Qubit芯片设计中。该团队提出了一个2D体系结构，其中包含三个量子位，并以等边三角形和一个3D体系结构排列，其中有四个量子位在四面体结构中。这些配置可以用作大型量子系统的模块化单元。未来的方向包括优化谐振器长度，能量参与率以及扩展较大多数阵列和系统的体系结构。在高能物理学中，量子系统用于量子模拟复杂的粒子相互作用。因此，易于扩展的多量芯片肯定是高能粒子碰撞的复杂计算和模拟的前进的道路，因此在不久的将来为其在新的和更令人兴奋的发现中为其在高能物理中的使用铺平了道路。
斯坦福医学的芯片诊所
张博士在芯片诊所看到了许多患者，该诊所在血液学划分的情况下运作，发现他们偶然地通过了非处方DNA测试（例如23andMe）。“他们收回了测试结果，并告诉他们他们有一种叫做克隆的hema topoiesis的东西，他们不知道这意味着什么。”张博士说。在与他们的初级保健物理学结合后，这些患者经常被转诊为斯坦福大学的血液学家，最终是芯片诊所。“这是一个如此专业的研究领域，而且是如此新的领域，以至于许多从业人员需要将Chip患者转诊出去。”“那是我进来的地方。”
芯片供应链：分叉和本地化
在人类历史上大规模提出。高度复杂的半导体供应链是偏重的和互连的，因此很难解开。在最后几个decades中，半导体供应链简单地将三个主要的生产步骤分成了分散，重点是性能和功率效率创新，同时又赋予了成本和芯片大小。首先，工程师设计芯片并精心计划如何构造其电子电路。第二，芯片设计是在洁净室的硅晶片上通过光刻造影等制造的，其中小电路逐层建造。最后，制造的芯片是从晶片上切出的，用保护性壳体包装，并进行了严格测试，以确保在将功能集成到电子设备中之前确保功能（请参阅CSS研究）。