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河北大學(xué)建校百年間

大師名賢輩出

先后為國家和社會(huì)

培養(yǎng)輸送了40多萬名優(yōu)秀人才

大學(xué)之大，乃大師之大

大學(xué)之道，在明明德

“河大百年·大學(xué)之大”系列專題

深入報(bào)道了河北大學(xué)的大師名師

話河大百年

展河大風(fēng)采

先有愛國心才有“中國芯”

40多項(xiàng)發(fā)明專利、90余篇國際頂級(jí)期刊SCI論文、“80后”博士生導(dǎo)師、全球前2%頂尖科學(xué)家、河北大學(xué)首位國家重大人才工程青年學(xué)者入選者……這一連串的數(shù)字解鎖出閆小兵的科研人生。

△ 在實(shí)驗(yàn)室工作的閆小兵。

2011年，剛剛博士畢業(yè)的他，通過人才引進(jìn)至河北大學(xué)，從事新型類腦器件與芯片研究。十年磨一劍，現(xiàn)在的他已然是河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院副院長，教授、博士生導(dǎo)師。一路追尋科學(xué)之“光”，攻堅(jiān)克難，閆小兵一直活躍在尖端技術(shù)的一線。

在河北省類腦神經(jīng)器件與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室里，身穿白大褂的閆小兵正帶領(lǐng)著學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。充滿科技感的實(shí)驗(yàn)室里，儀器的轟鳴聲與大家的討論聲交織在一起，緊張而有序。很多匯聚國內(nèi)頂尖技術(shù)的類腦芯片科研成果就是在這里誕生的。

△ 閆小兵正在帶著學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。

為什么要研究類腦芯片？類腦芯片又是做啥的？

傳統(tǒng)上，計(jì)算機(jī)每次進(jìn)行運(yùn)算時(shí)需要在CPU和內(nèi)存這兩個(gè)區(qū)域往復(fù)調(diào)用，頻繁的數(shù)據(jù)交換導(dǎo)致處理海量信息效率很低。傳統(tǒng)芯片在工作時(shí)，受到馮諾依曼瓶頸的限制，速度慢，功耗高。

而類腦芯片是人工智能芯片中的一種架構(gòu)。它不僅僅依賴于計(jì)算機(jī)理論體系，更融合了生物學(xué)理論體系，一旦信號(hào)開始在它的“血管”里流淌，就能像生物的大腦一樣進(jìn)行思維，并作出反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與計(jì)算的深度融合，大大提升計(jì)算性能、提高集成度、降低能耗。

阿爾法狗與人類進(jìn)行圍棋大戰(zhàn)時(shí)，需要耗費(fèi)將近1000度電，但是采用類腦芯片后，會(huì)大大降低能耗，僅用原來能耗的三百分之一就可以完成同樣的工作。與此同時(shí)，運(yùn)算速度卻能達(dá)到原來的上百萬倍甚至上億倍。

類腦芯片更像具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電腦芯片，它們不只能像普通計(jì)算機(jī)那樣給出對(duì)的答案，還能更“聰明”更便捷地給出基于現(xiàn)有信息的最佳答案。

“這枚指甲蓋大小的中央處理器就是類腦芯片?！遍Z小兵拿著手中的電路板，眼睛閃爍著光芒。

△ 閆小兵團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的類腦芯片，命名為“坤輿之光1號(hào)”。

黃燦燦的金屬線點(diǎn)綴其中，黑色的芯片牢牢地嵌在綠色的電路板上，等待被信號(hào)喚醒?？瓷先?，它與常見的芯片幾乎沒有區(qū)別，但對(duì)于閆小兵團(tuán)隊(duì)來說，卻意義非凡。

從2018年開始，經(jīng)過800多天夜以繼日的奮斗，終于在今年年初，閆小兵團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)陣列讀取、權(quán)重調(diào)制、數(shù)字圖像識(shí)別的1KB憶阻器類腦芯片，數(shù)字識(shí)別準(zhǔn)確率超過95%。

大家把首款自主研發(fā)的憶阻器類腦芯片取名為“坤輿之光1號(hào)”，意為傳承發(fā)揚(yáng)河北大學(xué)對(duì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)探索的精神，也為百年河大獻(xiàn)禮。

芯片是小個(gè)子的“國之重器”。如果不能掌握這方面的生產(chǎn)能力，很可能在關(guān)鍵領(lǐng)域受制于人。

研究存儲(chǔ)器出身的閆小兵，對(duì)于芯片集成有一定的知識(shí)背景和研究基礎(chǔ)，他毅然決然投入到了新型類腦器件與芯片的研究隊(duì)伍當(dāng)中。

當(dāng)年博士畢業(yè)后，憑借過硬的研究實(shí)力，他完全可以在大公司、研究機(jī)構(gòu)獲得很高的職位和待遇，面對(duì)諸多充滿誘惑的邀請(qǐng)，他選擇了在河北大學(xué)開啟新的航程。

“憶阻器領(lǐng)域相對(duì)來講比較新，很多有趣的現(xiàn)象等待發(fā)現(xiàn)，也有很多懸而未決的理論模型等待驗(yàn)證。用最簡單的心態(tài)面對(duì)最單純的科研，這種快樂是其他行業(yè)很難體會(huì)到的?！痹陂Z小兵看來科研是生活中不可剝離的一部分，像享受生活一樣享受科研，困難便會(huì)迎刃而解。

工作的第一天，閆小兵就對(duì)自己做了一條硬性要求：每天無論節(jié)假日8點(diǎn)前到實(shí)驗(yàn)室，每天晚上11點(diǎn)讀一篇專業(yè)文獻(xiàn)?！皩?duì)于我來說，這算不上什么堅(jiān)持，只不過是興趣罷了?！?提及這個(gè)每天雷打不動(dòng)的習(xí)慣，閆小兵向記者說道。

△ 埋頭工作的閆小兵。

顯微鏡、臺(tái)階儀、半導(dǎo)體測試儀……每天與這些精密儀器為伴，實(shí)驗(yàn)室成為了閆小兵的另外一個(gè)“家”。閆小兵的辦公室，因?yàn)榻?jīng)年累月沒有人在，早已經(jīng)落了厚厚的一層灰，但若去實(shí)驗(yàn)室樓找他，他一準(zhǔn)兒在場。實(shí)驗(yàn)室旁邊的一間教室，是他和學(xué)生們?cè)谝黄鹩^念碰撞、交流想法的地方，索性他把自己的辦公地點(diǎn)搬到了這里，和同學(xué)們?nèi)找箠^戰(zhàn)在一起。

實(shí)驗(yàn)室的燈永遠(yuǎn)都是整棟教學(xué)樓最晚熄滅的。幾乎所有的夜晚，都亮著燈，似乎永遠(yuǎn)有人在加班。“我們恨不得一天24小時(shí)都在實(shí)驗(yàn)室里?！?/p>

“實(shí)驗(yàn)室里每一項(xiàng)研發(fā)成果都是一個(gè)難產(chǎn)的過程。”科研的每一項(xiàng)工作都要經(jīng)過千錘百煉，個(gè)中艱辛，唯有自知。

研究芯片，需要器件、材料、電力、算法、架構(gòu)多學(xué)科的調(diào)查，在研發(fā)硅基上外延鈣鈦礦時(shí)，前兩年，閆小兵團(tuán)隊(duì)把能想到的實(shí)驗(yàn)方案，能優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件全都試驗(yàn)了，學(xué)生眼看就要畢業(yè)了，實(shí)驗(yàn)還是沒有成功，大家陷入前所未有的沮喪。

△ 閆小兵正在記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

“那段時(shí)間，腦子里像過電影一樣，吃飯睡覺都在想實(shí)驗(yàn)過程。以前都是把氣壓往高調(diào)，我們把氣壓調(diào)低一點(diǎn)呢？睡覺之前突發(fā)靈感，一經(jīng)測試，果然成功了！我們也成為了世界上為數(shù)不多實(shí)驗(yàn)成功的實(shí)驗(yàn)室之一?！碧崞鹪?jīng)的科研過程，閆小兵娓娓道來。

不服輸，不低頭，不怕別人卡脖子，大膽往前走，這是對(duì)閆小兵的生動(dòng)寫照。

亦師亦友 益師益友

在同學(xué)們的眼中，雖然做起科研來，閆小兵一絲一毫都不放過。但是，走出實(shí)驗(yàn)室，閆小兵卻是個(gè)十足的“玩家”。足球、排球、籃球、臺(tái)球、乒乓球……各種體育項(xiàng)目他都會(huì)。

每個(gè)周末下午，他都會(huì)組織同學(xué)們打打球，聚聚餐，豐富大家的科研生活。平時(shí)，考慮到學(xué)生的性情不一，研究方向也不盡相同，閆小兵總是會(huì)和同學(xué)們一對(duì)一交流，關(guān)注每個(gè)同學(xué)的進(jìn)展和狀態(tài)。

△ 閆小兵正在為學(xué)生講授實(shí)驗(yàn)要領(lǐng)。

教書育人和科學(xué)研究是閆小兵肩上挑的兩個(gè)擔(dān)子，以研促教，科教融合。把教學(xué)與自己的科研工作有機(jī)結(jié)合，鼓勵(lì)本科生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)和提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，把論文寫在祖國大地上。

“我很希望我曾經(jīng)走過的彎路能讓年輕教師避免重復(fù)地去走。這就需要‘傳幫帶’精神，當(dāng)好年輕人的引路人?！睆拈Z小兵的身上可以窺見，他早已將為學(xué)、為師、為人融入在工作科研的方方面面。

“有什么事情，如果我沒有給你們反饋，你們要及時(shí)追著我?！边@是閆小兵經(jīng)常給學(xué)生說的一句話?，F(xiàn)在，閆小兵愈發(fā)覺得時(shí)間不夠用，為了能夠給予每個(gè)學(xué)生及時(shí)的指導(dǎo)，他鼓勵(lì)大家要去主動(dòng)追著自己問問題。

從事芯片研究這些年，閆小兵也有屬于自己的小目標(biāo)！

“我希望三年內(nèi)研發(fā)出大容量的類腦神經(jīng)芯片，為我國芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入世界第一梯隊(duì)的目標(biāo)貢獻(xiàn)自己的綿薄之力。”

END

信息來源 | 黨委宣傳部、長城網(wǎng)

統(tǒng)籌| 于冬偉

編輯|胡倩

責(zé)編 | 王智利