Circuits intégrés, AIGC, robots... 7 scientifiques de Fudan envisagent ainsi l'avenir

【NDLR】

Le 27 mai 2023 marque le 118e anniversaire de l'Université de Fudan. "Toutes sortes d'activités pendant l'anniversaire de l'école sont centrées sur la promotion de la recherche scientifique." Depuis que le président de l'époque, Chen Wangdao, a avancé cette idée à la veille de l'anniversaire de l'école en 1954, organiser des conférences scientifiques pendant l'anniversaire de l'école est devenu l'une des activités de Fudan. traditions académiques importantes.

Tradition académique continue, des centaines d'années de chant sans fin. À partir du 9 mai, plus de 50 professeurs Fudan célèbres issus de diverses disciplines des arts libéraux, des sciences sociales, des sciences, de l'ingénierie et de la médecine donneront des conférences académiques les unes après les autres.

Dans la nouvelle session spéciale d'ingénierie de la série de conférences académiques « Promouvoir continuellement l'innovation intégrée et créer un nouvel élan pour le développement d'une nouvelle ingénierie » célébrant le 118e anniversaire de la fondation de l'école, sept scientifiques de Fudan ont partagé les progrès de pointe dans leur domaines et a ouvert une fenêtre sur les technologies futures pour le public.

Liu Ming, directeur du Laboratoire national clé des puces et des systèmes intégrés, doyen de l'Institut des technologies de pointe des puces et des systèmes et académicien de l'Académie chinoise des sciences, Zhan Yiqiang, responsable académique du Laboratoire national clé des sciences photovoltaïques et Technologie, vice-doyen et professeur de l'École des sciences et de l'ingénierie de l'information, Yan Bo, professeur de l'École d'informatique et de technologie, directeur adjoint de la Plateforme de recherche sur l'intégration technologique des circuits intégrés de nouvelle génération, doyen adjoint de l'École de microélectronique et professeur Zhou Peng, directeur adjoint de l'Institut de technologie du génie biomédical et professeur de l'École des sciences et de l'ingénierie de l'information, Ta De'an, Xu Feng, directeur du Laboratoire clé des sciences de l'information sur les ondes électromagnétiques du ministère de l'Éducation, doyen adjoint et professeur de l'École des sciences de l'information et de l'ingénierie, et Fang Hongbin, jeune chercheur de l'Institut d'ingénierie et de technologie appliquée, ont présenté successivement des rapports.

La voie de développement innovante des circuits intégrés

"Cette année marque le 76e anniversaire de la naissance du transistor. J'aimerais revoir avec vous comment les transistors et les circuits intégrés se sont développés et comment ils ont changé le mode de vie de chacun ici." Au début du rapport, Liu Ming. a donné un bref aperçu de l'histoire du développement des circuits intégrés.

Liu Ming Les photos de cet article sont toutes fournies par l'Université de Fudan

"L'invention du transistor n'est pas un événement isolé." Historiquement, d'innombrables chercheurs ont contribué au domaine des circuits intégrés. Le transistor a été développé par ses prédécesseurs sur la base de leur compréhension approfondie de la physique du solide et de la demande du marché. . de. Liu Ming a conclu : « Les dispositifs et les architectures de circuits dotés de principes et de fonctions différents permettent aux circuits intégrés d'être largement utilisés dans différents domaines. Les avancées des chercheurs en matière d'architecture de dispositifs et de circuits permettront également aux circuits intégrés d'avoir de nouvelles applications. »

Liu Ming a expliqué que l'augmentation de l'intégration, l'amélioration des performances et la réduction de la consommation d'énergie sont les principaux objectifs du développement de la technologie des circuits intégrés. Sur une longue période, le rétrécissement continu de la taille des transistors a entraîné les progrès rapides de la technologie des circuits intégrés. Les matériaux, les structures des dispositifs, la technologie de lithographie, les emballages et même les outils EDA évoluent constamment dans le processus de réduction de la taille des circuits intégrés.

Afin de réduire davantage la taille des transistors, les processus de fabrication et les équipements des circuits intégrés deviennent de plus en plus complexes. Prenant comme exemple les machines de lithographie EUV, Liu Ming a introduit l'innovation diversifiée de la technologie de lithographie en termes de sources de lumière, de matériaux de lentilles et structures et modes de transfert de motifs, soulignant que les machines de lithographie EUV sont les machines les plus complexes et les plus précises jamais fabriquées par l'homme, et sont également le produit d'une coopération industrielle mondiale.

Dans le même temps, les puces de traitement avancé sont confrontées aux contraintes du « mur de surface » de la photolithographie. La surface d'une seule puce (matrice) s'est rapprochée de la limite de la capacité de projection graphique de la machine de photolithographie. Liu Ming a souligné que l'industrie des circuits intégrés entre dans une nouvelle étape de développement, c'est-à-dire une étape dans laquelle les systèmes, la conception, la fabrication et l'emballage parviennent à un développement coordonné pour faire face aux défis actuels. Technologie de puce intégrée - technologie d'intégration de semi-conducteurs au niveau de la puce, qui peut décomposer des puces complexes en particules de noyau et utiliser la technologie de fabrication de précision du silicium pour intégrer plusieurs particules de noyau afin de réaliser une intégration de systèmes et d'applications complexes, de briser la limitation du « mur de zone » et de réaliser une puce. Amélioration des performances et extension des fonctions.

Pour parvenir au développement durable, nous avons besoin de nouvelles cellules solaires plus efficaces et plus stables

Zhan Yiqiang a souligné dans un rapport intitulé « Recherche sur les cellules solaires à pérovskite flexibles, efficaces et stables » qu'actuellement, les problèmes énergétiques et environnementaux mondiaux sont mis en évidence et que le développement coordonné de cellules à pérovskite peut améliorer efficacement la capacité d'approvisionnement des produits solaires photovoltaïques et technologie et promouvoir le développement durable. Continuer à développer et accélérer la réalisation du pic carbone et de la neutralité carbone.

Zhan Yiqiang

Grâce à l'effet photovoltaïque des semi-conducteurs, l'énergie solaire est devenue une énergie propre idéale et un moyen important pour les humains d'utiliser efficacement l'énergie solaire. Zhan Yiqiang a présenté que la nouvelle technologie photovoltaïque à base de pérovskite est l'une des principales orientations de recherche du Laboratoire national clé des sciences et technologies photovoltaïques de l'Université de Fudan. Elle a atteint un rendement élevé comparable à la technologie du silicium monocristallin, a un faible coût, une faible consommation d'énergie et est. compatible avec les applications à grande échelle. Avantages uniques tels que la superficie et la flexibilité.

Face aux besoins nationaux majeurs, l'équipe s'efforce de résoudre les problèmes scientifiques majeurs liés à la technologie avancée des cellules solaires, en se concentrant sur des tâches clés telles que la technologie de pointe pratique des cellules pérovskites à faible coût et à haut rendement, et en créant une source d'énergie photovoltaïque. innovation technologique.

Grâce à plus de dix ans de recherche systématique, l'équipe a utilisé des stratégies de réticulation covalente pour résoudre initialement le problème central de la stabilité intrinsèque de la pérovskite, en combinant la modification de la surface et de l'interface, le contrôle des contraintes et d'autres moyens pour améliorer de manière collaborative la durée de vie de la pérovskite. appareil. Des recherches pertinentes ont développé un processus de préparation à basse température adapté aux substrats flexibles, utilisant des matériaux luminescents à conversion descendante pour élargir la plage d'absorption de la lumière des pérovskites flexibles et préparer des dispositifs photovoltaïques à pérovskite flexibles plus efficaces. Face à l’avenir, les dispositifs flexibles à base de pérovskite seront également susceptibles d’être largement utilisés dans l’aérospatiale, l’intégration photovoltaïque dans les bâtiments, les transports, les appareils portables et portables, ainsi que dans d’autres domaines.

Le développement des grands modèles AIGC est la tendance générale du futur

L'AIGC, ou « intelligence artificielle générative », bouleverse la recherche scientifique dans divers domaines et a en même temps un impact sur la société humaine. Yan Bo a présenté dans un rapport intitulé « Le nouveau moteur AIGC et son application d'intégration croisée multidisciplinaire » que l'AIGC comprend trois éléments majeurs : la puissance de calcul, les données et les algorithmes, et que sa technologie a évolué vers trois capacités de pointe : le jumelage, l'édition, et la création. L'utilisation du modèle AIGC+X peut introduire de nouvelles méthodes, découvrir de nouveaux matériaux et générer de nouvelles données pour la recherche scientifique.

Yanbo

"Les changements quantitatifs ont déclenché des changements qualitatifs dans les capacités de génération de l'AIGC. Par exemple, le grand modèle de langage ChatGPT, récemment populaire, nous a permis de voir les résultats d'un changement qualitatif. Yan Bo a déclaré qu'actuellement, le potentiel des modèles AIGC est mis en évidence et." peut réaliser une modélisation 3D haute fidélité. Il peut synthétiser des figures parlantes en temps réel et peut également synthétiser du contenu créatif basé sur du texte pour générer des vidéos haute résolution.

Avec le développement de la société, l'industrie a mis en avant de nouvelles exigences dans les domaines de la sécurité intelligente, des soins médicaux intelligents, des terminaux intelligents et d'autres domaines. À cet égard, l'AIGC peut mieux résoudre le problème de l'adaptation et de l'édition des médias, ainsi que de la visualisation inexacte des contenus. de petits objets sur de longues distances et des problèmes de mauvaise qualité tels qu'une visibilité floue à basse résolution.

Les puissantes capacités d’édition de l’AIGC jouent également un rôle important dans la société réelle. Le système de concentration vidéo de surveillance « pleine concentration » développé par son laboratoire peut permettre un positionnement et une reconnaissance rapides de la sémantique conditionnelle, atteindre l'objectif de résoudre rapidement les crimes et réduire le temps de recherche de 99 %. Le département de la sécurité publique de Shenzhen a appliqué avec succès cette technologie et ce système complet d'extraction de vidéo de surveillance dans le cadre d'enquêtes.

Les doubles capacités de l'AIGC ont également été intelligemment utilisées dans la restauration de matériaux historiques au musée d'histoire de l'université de Fudan, qui peut reproduire d'importantes images historiques qui portent la mémoire de l'université de Fudan en haute définition.

Dans l'application de l'intelligence artificielle dans le domaine médical, le laboratoire a étudié les applications médicales AIGC+ et a développé avec succès l'algorithme de base et le système matériel de « Endoscopique Smart Eye ». Des résultats pertinents ont bénéficié à plus de 80 000 patients au cours des quatre dernières années.

Yan Bo a finalement conclu que le développement de grands modèles AIGC est la tendance générale à l'avenir et soutiendra fortement la recherche scientifique sur l'IA+ et apportera de nouveaux paradigmes de recherche.

L'industrie des semi-conducteurs bidimensionnels intégrée au silicium est un nouvel océan bleu

Les circuits intégrés constituent le support de base du développement des industries modernes dans notre pays et un élément important pour parvenir à une innovation indépendante de haut niveau dans le domaine de la science et de la technologie. L'application du silicium cristallin aide les transistors à réaliser le miracle « incrémental » des circuits intégrés, qui constituent une technologie fondamentale étroitement liée à l'avenir de l'humanité.

Ces dernières années, les problèmes et les défis dans le domaine des circuits intégrés sont devenus de plus en plus évidents. Les plus importants sont les problèmes de processus causés par le retrait, les problèmes de consommation d'énergie causés par une densité d'énergie excessive et les problèmes de décalage de vitesse causés par les murs de stockage. Le développement des performances des circuits intégrés ralentit progressivement en raison des limitations de trois principes physiques : le rétrécissement de la taille, l'efficacité de la consommation d'énergie et les murs de stockage.

Zhou Peng

Dans le domaine des circuits intégrés, les problèmes ne peuvent être surmontés que grâce à l'innovation, et les goulots d'étranglement liés aux nouveaux matériaux, aux nouvelles structures et aux nouveaux dispositifs doivent être constamment surmontés. L'équipe de Zhou Peng a tourné son attention vers des matériaux bidimensionnels dotés de propriétés physiques plus riches et de propriétés plus diversifiées pour construire de nouveaux dispositifs et trouver des solutions aux problèmes actuels de densité d'intégration et de consommation d'énergie du silicium.

"Grâce à leurs performances uniques et excellentes, les semi-conducteurs bidimensionnels devraient surmonter les goulots d'étranglement technologiques traditionnels et atténuer les problèmes de consommation d'énergie et les difficultés de stockage dans le développement de circuits intégrés à base de silicium." Ces dernières années, Zhou Peng a dirigé son équipe pour réaliser un transistor à double canal de surface (TSCFET), un transistor à grille multicanal ultra-mince (MBCFET), un transistor empilé intégré hétérogène bidimensionnel à base de silicium (CFET), deux- PN dimensionnel Une série de résultats de recherche tels que la mémoire Flash.

"Mon rapport d'aujourd'hui vise à prouver que les semi-conducteurs bidimensionnels sont réalisables." Zhou Peng a présenté que les semi-conducteurs bidimensionnels ont des propriétés électriques, thermiques, chimiques et optiques uniques, qui devraient permettre une mise à l'échelle ultime de la longueur de grille et peuvent être utilisées pour construire compact Pour les circuits CMOS back-end (CFET), les transistors 2D à très grande échelle basés en laboratoire ont montré de bonnes performances, et des voies pour la production à l'échelle industrielle de 2D-FET sont également en cours de développement.

Zhou Peng estime que l'industrie des semi-conducteurs bidimensionnels intégrée au silicium constitue un nouvel océan bleu qui nécessite davantage de recherche et de développement technologiques de base, axés sur l'innovation et continus.

Défiez la « zone interdite » : évaluation échographique et régulation du système squelettique

Il y a plus de vingt ans, les os étaient une « zone interdite » pour le diagnostic échographique. Son équipe a défié la « zone interdite » et a fait de grands progrès dans la recherche sur l'échographie osseuse. Cette fois, il a apporté un rapport intitulé « Évaluation et régulation par ultrasons du système squelettique ».

L'ostéoporose est devenue la deuxième maladie la plus courante au monde et affecte la santé humaine. Il y a plus de 100 millions de patients atteints d'ostéoporose en Chine. On peut dire que la recherche sur l’échographie squelettique est orientée vers la vie et la santé des personnes ainsi que vers les principaux besoins stratégiques nationaux.

Lors du diagnostic de l'ostéoporose chez l'adulte, les rayons X, la tomodensitométrie et les rayons X biénergie sont principalement utilisés. "Ces méthodes peuvent refléter la "quantité" des os, c'est-à-dire la densité osseuse ; mais elles ne peuvent pas refléter la "qualité" des os, comme l'élasticité osseuse."

Au fil des années, l'échographie a retenu l'attention et les applications cliniques en raison de ses nombreux avantages. Cependant, la plupart des imageurs à ultrasons osseux existants utilisent la méthode de transmission ultrasonique, qui a des emplacements de mesure limités et ne peut généralement mesurer que le calcanéum. La résolution spatiale de l'imagerie est faible et ne peut afficher que grossièrement la morphologie interne et les informations de contour de l'os.

Il est en sécurité

Confrontée à de nombreux défis, l'équipe Tadian a proposé un modèle théorique de diffusion des ultrasons dans les os spongieux en nid d'abeille, construit un modèle théorique de propagation des ultrasons dans les os longs tubulaires multicouches remplis de mucus et optimisé un algorithme de résolution de problèmes inverse basé sur méta-apprentissage. Un nouvel instrument de diagnostic par échographie osseuse basé sur la méthode de rétrodiffusion des ultrasons a été développé.

Actuellement, cet instrument de diagnostic osseux à ultrasons a été utilisé dans l'expérience expérimentale de repos au lit tête en bas Dixing II. Il fournit une base théorique importante et une grande quantité de données expérimentales précieuses pour étudier les lois de la perte osseuse dans les environnements de microgravité et lutter contre la perte osseuse chez les astronautes de la station spatiale chinoise.

Une révolution dans la technologie radar : le radar à synthèse d'ouverture

Lors de la conférence du Shanghai Science and Technology Award qui s'est tenue la semaine dernière, l'équipe dirigée par Xu Feng a remporté le premier prix du Shanghai Natural Science Award. Il a prononcé un discours sur « La vision par micro-ondes et la reconnaissance intelligente de cibles radar » sur le podium du hall Xianghui.

Xu Feng

Pendant la Seconde Guerre mondiale, le radar le plus traditionnel était équipé d'une interface d'affichage circulaire, qui pouvait afficher la cible détectée sur l'interface sous la forme d'un curseur. Ce que l'équipe de Xu Feng étudie, c'est le radar à synthèse d'ouverture (SAR), qui peut être installé sur des plates-formes volantes telles que des satellites ou des avions pour imager la Terre toute la journée et toute la journée, réalisant ainsi un saut d'une plage unidimensionnelle à une plage bidimensionnelle élevée. -l'imagerie à haute résolution, est une révolution dans la technologie radar.

La Chine mène des recherches et développements indépendants depuis plus de 40 ans et a lancé des dizaines de satellites radar, mais elle doit encore surmonter le goulot d'étranglement des applications clés que constitue l'interprétation des images radar. "Les satellites radar peuvent obtenir des quantités massives de données chaque jour, et il est très inefficace de s'appuyer uniquement sur des professionnels qualifiés pour l'interprétation manuelle. Notre pays a un besoin urgent de mener des recherches fondamentales sur l'interprétation automatique des images SAR", a déclaré Xu Feng.

L'académicien Jin Yaqiu a proposé un nouveau concept, qui consiste à développer une technologie d'intelligence artificielle inspirée de la physique, spécifiquement pour interpréter automatiquement les images radar du domaine micro-ondes. Xu Feng a présenté les différences entre la vision micro-ondes et la vision optique traditionnelle en termes de principes de fonctionnement, de propriétés d'image et de mécanismes cognitifs. Si la vision optique est une vision bionique basée sur des réseaux neuronaux visuels innés stimulés optiquement et un apprentissage et une formation acquis sur le Big Data, alors la vision micro-ondes est une vision physique interprétable basée sur des mécanismes physiques électromagnétiques et peut s'adapter à des données clairsemées.

En plus de discuter de la base physique, de l'intelligence et de la base cognitive de la vision micro-ondes, et de proposer une variété d'algorithmes intelligents de reconnaissance de cibles, l'équipe de Xu Feng a également conçu un ensemble d'algorithmes d'imagerie radar embarqués sur drone pour des applications intégrées de détection, d'imagerie , et la reconnaissance et le système. Dans la vidéo diffusée lors de la réunion de rapport, le drone s'est lentement élevé au-dessus de l'herbe claire et a réalisé une imagerie SAR haute résolution des districts principaux et sud du campus de Handan, obtenant ainsi une imagerie haute résolution sans positionnement assisté. Développer un prototype de principe de vision micro-ondes pour le traitement intelligent embarqué et embarqué, et intégrer davantage les résultats de la recherche dans des systèmes réels.

Après la sortie de divers grands modèles, l'équipe de Xu Feng a effectué quelques tests sur eux et a découvert qu'il était difficile d'appliquer directement des images radar avec de fortes propriétés physiques, ce qui indique qu'elle n'apprenait pas de connaissances physiques systématiques, il pensait donc que l'intelligence physique est représentée La science pour l’IA a encore beaucoup de marge de développement. Face à la question « ChatGPT signifie-t-il l'arrivée de la singularité ? », Xu Feng a donné sa propre réponse à la fin du rapport : « Peu importe que la singularité arrive ou non, nous croyons en la science

Construisez de futurs robots et inspirez-vous de la nature

Où iront les robots dans le futur ? Les animaux et l’origami sont une source d’inspiration infinie pour les scientifiques.

Nos boîtiers de robots courants, tels que les bras de robots de service et les chiens robots à quatre pattes, se sont toujours inspirés de la nature. « Selon Fang Hongbin, la bionique est une force importante pour promouvoir le progrès de la technologie robotique.

La conception, la modélisation et le contrôle des robots mobiles bioniques sont à la fois de nouveaux sujets d'actualité et de nouveaux défis. Lorsqu'ils sont confrontés à des environnements étroits et restreints, tels que la recherche et le sauvetage de survivants dans les ruines d'un désastre, l'inspection et le nettoyage de pipelines industriels, la détection et le traitement du tractus gastro-intestinal humain, la reconnaissance secrète des informations sur le champ de bataille, etc., les robots traditionnels à roues et à pattes sont incapables faire quoi que ce soit. Il est urgent d’apprendre davantage des animaux et de proposer de nouvelles conceptions structurelles de robots.

Fang Hongbin

Comment apprendre des animaux ? Fang Hongbin a déclaré : « Les animaux sans pattes ont la capacité de bien se déplacer dans des environnements restreints et étroits non structurés. Par exemple, les vers de terre ont la capacité de se déplacer à la fois sur le sol et dans les tuyaux souterrains. Apprenez les caractéristiques morphologiques et les mouvements des animaux sans pattes. Mécanisme, le développement de robots mobiles bioniques sans jambes est une direction importante pour le développement futur des robots.

Ces dernières années, le laboratoire de structure biomimétique et de robotique de l'institut de recherche sur les robots intelligents de l'université de Fudan a obtenu de nombreux résultats innovants dans le domaine de la recherche sur les robots mobiles ressemblant à des vers. Fang Hongbin a dirigé la conception d'une variété de robots mobiles multimodaux ressemblant à des vers, tels que « fluage + nage », « fluage + swing » et « fluage + roulis », qui peuvent se déplacer efficacement dans des environnements complexes, notamment les pipelines, les eaux, et du gravier. Fang Hongbin a également introduit de manière innovante l'idée du « pliage » dans le développement des robots, transformant le processus traditionnel de préparation du robot « conception tridimensionnelle-traitement tridimensionnel-assemblage final » en « traitement des plis-pliage bidimensionnel », et a conçu une variété de robots mobiles ressemblant à des vers de type origami, constituant une direction importante pour le développement futur des robots.

Fang Hongbin estime qu'il existe à la fois des opportunités et des défis dans la recherche sur les robots bioniques et les robots origami. À l'avenir, les robots présenteront des caractéristiques de couplage plus rigide-flexible et des caractéristiques reconfigurables, et les performances des robots seront également des mouvements multimodaux. , hautes performances, miniaturisation et intelligence continuent d'avancer dans cette direction.

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