中國學者稱奈米碳管電晶體取得突破，已打造業界首個 TPU

外媒 TechXplore 找到一篇北京大學研究論文，該論文聲稱已打造業界第一個採用奈米碳管電晶體的張量處理單元（TPU）。

奈米碳管（CNT）電晶體本質上是「環繞閘極場效電晶體」（GAAFET），加強效能與功率控制，以及降低電流漏電。目前最早是三星 3 奈米採用 GAAFET 技術，但只用來製造加密貨幣挖礦晶片，至於英特爾 20A、台積電明年 N2 製程也將採用這項技術。

北京大學研究人員利用 CNT 或 GAAFET 技術打造一個小型 TPU，這是世界上第一個以這種類型的電晶體為特色的張量處理單元。可執行高能效的卷積運算（convolution）和矩陣乘法（matrix multiplication）。TPU 採用收縮陣列（systolic array）架構，可進行並行的 2 位元整數乘積運算。

據外媒 Tom’s Hardware 報導，使用此 TPU 的五層卷積神經網路在 MNIST 影像辨識中準確度可達 88%，功耗僅為 295 µW。經過優化的奈米管製程可確保半導體純度達 99.9999%，及表面超潔淨，從而使電晶體具高導通電流密度和穩定效能。

另從系統層級模擬顯示，以 180 奈米製程的奈米管電晶體打造的 8 位元 TPU，可在 850 MHz 主頻下運作，並實現每瓦 1 TOPS的能效。

研究人員認為，TPU 效能還可以提升，透過微調 GAA FET 排列、縮小電晶體尺寸，以及增加 TPU 的位元容量，可提升晶片效率和運算能力，另個改善方式是將 TPU 與 CMOS 邏輯晶片進行整合。

報導指出，目前談論的仍是使用 180 奈米級製程實現的 GAA FET 技術，因此這種 TPU 實用性很低，但透過有效的 TPU 電路，研究人員現在可以改進製程技術，對中國半導體發展能力仍相當重要。