科技日报记者 俞慧友
9月9日，记者从湖南大学获悉，学校集成电路学院教授刘杰团队自主研发的职务科技成果转化项目“面向原子级科学计算的‘非冯·诺依曼’架构专用ASIC芯片”目前已正式完成芯片设计，即将基于国产成熟半导体工艺进行生产。
原子级科学计算又称原子模拟或原子建模，通过模拟电子、原子的运动，从微观层面计算物质体系的结构、能量、动力学演化与物性。进行原子级科学计算时，传统“冯·诺依曼架构”的CPU/GPU芯片长期面临“存储墙”与“功耗墙”难题，导致长时程/大体系原子模拟速度慢、成本高，难以落地。针对这一难题，团队自主创新开发了面向原子模拟的“非冯·诺依曼”专用芯片架构，相较CPU/GPU大幅提升了计算速度，降低了计算成本。
2022年，团队研发出第一代“非冯·诺依曼”专用芯片架构技术并于2023年自主研制出第一代产品。2024年，团队提出第二代“非冯·诺依曼”专用芯片架构的设计方案，成立由湖南大学持股的湖南培森电子科技有限公司进行成果转化。同年，湖南培森电子科技有限公司与经营团队合资成立广东芯培森技术有限公司，并获得广东道氏技术股份有限公司战略投资，进一步开展成果转化。
今年，基于团队成果建设的首个规模化“非冯·诺依曼”架构的原子级计算专用算力中心在广东佛山建成并投入运行，目前已应用于包括锂电材料、合金材料、核材料在内的多款关键材料的研发。
刘杰透露，项目的成功转化及进一步研发开创了长时程/大体系材料科学计算新路径，突破了传统CPU/GPU架构在模拟时程、体系规模和计算能效方面的限制，有望助力实现材料科学计算从“纳秒级、千万原子级”向“微秒级、亿原子级”的跨越，推动材料研发从实验驱动向计算驱动转变，为新能源、半导体、高端制造等领域材料创新提供全新的研究工具和技术支撑。
截至目前，依托该项目研发的算力服务器在计算速度、功耗和大体系支撑性等方面均表现出了优异性能，已成功应用于国内外30多家企业、高校和科研院所。
（受访者供图）
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