摘要：随着互补金属氧化物半导体技术的特征尺寸的不断缩小,其面临的静态功耗问题缩越来越突出。自旋磁随机存储器(MRAM)由于其非易失性、高速读写能力、高集成密度和CMOS兼容性等良好特性,受到了学术界的广泛关注和研究。该文采用电压调控的自旋轨道矩随机存储器设计了一个存内计算可重构逻辑阵列,能够实现全部布尔逻辑功能和高度并行计算。在此基础上设计了存内计算全加器并在40 nm工艺下进行了仿真验证。结果表明,与当前先进研究相比,该文提出的全加器具有更高的并行度,能够实现更快的计算速度(约1.11 ns/bit)和更低的计算功耗(约5.07 fJ/bit)。

摘要：在未知材料化学成分和性能关系的情况下,通过传统的“试错-纠错”方法研发具有特定功能的新材料成本高且经常失败。随着人工智能和数据驱动的第四科学范式的发展,材料基因工程(MGE)已经成为材料设计与研发的新模式。综述了材料基因工程中高通量计算、材料数据库和人工智能方法的研究进展。介绍了材料高通量计算常用的框架和方法;阐述了材料数据库在材料数据类型和数据标准两方面的发展现状和有待解决的难题;总结了人工智能方法在材料关键基础问题中的应用。从高通量可视化计算方法、材料多类型数据库和可视化机器学习框架三方面重点证述了自主开发的多尺度集成可视化的高通量自动计算和数据管理智能平台ALKEMIE。展望了材料基因工程未来的发展趋势。

摘要：传感器作为物联网技术的基石,在人们的生产生活中发挥着重大作用.其中,基于隧穿磁阻效应(tunneling magnetoresistance,TMR)的磁传感器具有灵敏度高、尺寸小、功耗低等优点,在导航定位、生物医学、电流检测和无损检测等领域具有极大的应用前景.本综述以TMR传感器技术路线的发展为核心,囊括了从基本传感单元到三维空间磁场检测,再到实际应用的多个研究重点.首先,介绍了TMR传感器发展历程并阐明其基本工作原理,讨论了提高单个传感单元磁隧道结输出线性度的方法.接下来,详细介绍了传感器的重要电路结构—惠斯通电桥,以及制备TMR全桥结构的多种工艺方法.进一步,从三维空间磁场检测这一市场需求入手,深入讨论了基于TMR传感器的三维传感结构的设计和制备方法.同时,以传感器灵敏度和噪声水平这两大基本性能为切入点,列举了TMR传感器性能的优化方案.最后,本文对TMR传感器的应用展开了详细介绍,以自旋麦克风,生物传感器两个新兴应用为例,对TMR传感器未来在物联网中的发展和应用进行了展望.

摘要：用FPGA加速深度学习算法的训练过程通常需要较长的开发周期和丰富的硬件设计经验.为了应对这一挑战,设计了一种基于自适应模板技术的深度学习算法训练加速框架,在应用规模、并行调度策略、资源使用和功能扩展上进行了深入的研究并提出了相应的优化策略.采用CPU-FPGA异构加速模板技术,提出了自适应的上层模型编译框架实现与不同硬件加速资源的适配.这种基于定制模板的软硬件协同设计可以很好地适配不同的FPGA芯片并支持算法的快速迭代.用图神经网络算法数据进行加速对比实验,实现了与CPU相比7~41倍的速度提升.

摘要：当前,由于自旋电子学器件的工作频率越来越高,磁性材料中超快自旋动力学的研究已经成为凝聚态物理领域的一大研究热点。同时,飞秒脉冲激光泵浦磁性材料导致的超快自旋动力学现象蕴含丰富的物理内涵,涉及到电子、声子和自旋在非平衡态下的量子多体相互作用等基本问题,从而开辟了磁学研究的一个新方向——飞秒磁学。基于此,系统综述了飞秒脉冲激光诱导超快自旋动力学的发展历程、实验装置、理论和实验研究的重要进展以及磁光领域的重要应用——全光学磁矩翻转效应。通过系统综述相关研究结果,发现要想更准确、更深入地研究超快自旋动力学的微观机制,还需要建立超越唯象的研究模型,发展更直接的描述方法,从而寻找具有高热稳定性、高自旋极化率、低功耗和高速存储等优点的新材料,以期设计出具有超低能耗、超快响应的新型自旋电子学器件。

摘要：图计算广泛应用于社交网络分析、推荐系统等诸多关键领域,然而,传统的大规模图计算系统面临冯诺依曼架构下访存带来的性能瓶颈。新型存内计算架构成为加速大规模图计算非常有前景的方案,尤其是非易失自旋磁存储器(MRAM)具备超高耐擦写性和超快写入等优点,可使图计算的存内实现更为高效。实现这种潜力的关键挑战之一是如何优化存内计算架构下的图算法设计。该文的前期工作表明,三角形计数算法和图连通分量计算算法可以通过按位运算实现,从而高效地部署在自旋存内处理核中加速。该文探索了更多图算法的优化实现,例如单源最短路径、K-core、链路预测,并提出了面向新型存内计算架构的图算法优化设计模型。该研究对于突破冯诺依曼架构下大规模图计算的内存访问瓶颈具有关键意义。

摘要：新型非易失磁性随机存储器(magnetic random access memory,MRAM)具有读写速度快、数据保持时间长、功耗低等优点,引起了研究人员的广泛关注。其优异的抗辐照能力被人们深入挖掘,有望进一步应用于航天等领域。本文回顾了MRAM的产业化发展历程、技术变革及应用情况,列举了近年成熟的MRAM产品,对不同的代际MRAM的优缺点进行了剖析;对MRAM核心存储单元——磁隧道结(magnetic tunnel junction,MTJ)和外围基于互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)的读写电路的辐射效应分别进行了探讨;总结了近年来MRAM抗辐照加固设计方面的最新成果;对抗辐照MRAM在航空航天领域甚至核能领域的发展前景进行了展望。

摘要：云层覆盖是影响对地观测卫星成像的一个重要问题,如果遥感图像中云层比例太高,或者特定目标不可见,则遥感图像就会失效。对地观测卫星能够根据云层预测信息,在多个观测目标之间进行选择。面向对地观测卫星任务规划的应用,设计了大区域范围的短期云层预测方法,首先通过光流法获取云运动矢量,然后依据云运动矢量外推获得预测的云层图像,同时引入拉普拉斯算子刻画云层运动过程中的扩散现象,利用风云二号卫星的真实云图序列数据,通过神经网络的反向传播算法优化扩散因子,以提升云层预测的效果。通过对结果进行分析,引入的拉普拉斯算子方法能够提高云层预测的精度,80%分位数的云层覆盖率误差约为11.7%,该精度的云层预测可以用于指导对地观测卫星任务规划。

摘要：为了在提高轻量级密码算法(Lightweight cipher algorithm,LWCA)电路安全性的同时降低功耗,提出了一种磁隧道结(Magnetic tunnel junction,MTJ)/CMOS混合结构查找表(Look up table,LUT)电路,该结构通过与感测放大器逻辑(Sense amplifier based logic,SABL)元件配合可以实现完整的PRESENT-80加密算法电路。设计将MTJ器件引入防护电路设计中,进而提出了一种基于混合MTJ/CMOS结构的双轨查找表(Look-up table,LUT)电路结构。首先,基于40 nm CMOS工艺库和MTJ器件仿真模型,使用新提出的双轨查找表结构设计了加密算法电路工作过程中所需要的关键S-box电路并通过了仿真验证。然后,利用该电路和敏感放大器逻辑元件电路结构组合设计了PRESENT-80密码算法的完整电路。最后对所设计的电路模型进行了相关性功耗分析攻击(CPA)攻击,同时为了方便进行对比研究,还对使用传统CMOS单轨和SABL双轨结构实现的PRESENT-80加密算法电路模型进行了相同条件下的仿真和功耗分析研究。对比仿真结果表明,基于新结构实现的电路具有良好的抗功耗攻击性能,能够抵御10000条功耗迹下的CPA攻击,同时新结构的电路在工作时的平均功耗要明显低于经典的SABL电路。

摘要：航天电子元器件工作于真空环境时,必须格外考虑其发热及散热问题。文章对某反熔丝FPGA器件工作于真空环境时温度与功耗的关系及散热措施进行研究。通过热真空试验得到该器件不同散热措施及PCB条件下的发热及散热情况数据,并依据数据分析给出其在真空环境下的散热措施建议。该器件采用了带热沉的陶瓷四侧扁平208引脚封装(CQFP208),在此类较大尺寸封装(瓷体29.2 mm×29.2 mm)中引入大尺寸热沉(23 mm×23 mm)并应用于航天器在国内尚属首次。文章的试验结果及散热措施建议对采用相同或类似封装的电子元器件均有参考作用。