技术资料 — 北京大学-后摩尔芯片架构与集成电路实验室 PKU-LEAP

设计与验证工具链

跨层研究的前提是各层之间能够互相验证。实验室维护一条从器件模型到端到端应用的完整链路，任何一层的改动都可以在其余层上量化其影响。

器件—电路—架构—算法的设计与验证链路，以及面向流片的验证通路 — 链路两端分别连接实测器件数据与真实应用负载，中间各环节共享同一套精度、功耗与时延的评估口径。

主要工具与框架

器件紧凑模型库　基于实测数据拟合的忆阻器、相变存储器与 VO₂ 器件模型，包含电导漂移、写入波动与循环退化等非理想效应，可直接接入电路仿真。
存算架构仿真器　支持数字型存算方式的多核仿真，输出算子级与应用级的精度、功耗与时延指标。
端到端验证框架　兼容华为鲲鹏与昇腾仿真器，使实验室的架构设计可以直接在产业侧的软件栈上评估。
存算指令集与编译支持　以四类向量指令构成完整算子集，对上层暴露类 CUDA 的编程接口，配套的映射工具负责在数字核与存算核之间划分计算图。
自动化 FPGA 原型框架　面向非二进制 LDPC 等复杂编解码算法的快速原型验证框架，支持参数化生成与自动化回归测试。
光电协同映射工具　面向 VCSEL 光计算加速器的神经网络硬件映射方法，在编译阶段决定哪些计算放在光域执行。

工具与模型面向合作单位与实验室成员开放。校外单位如需使用，请通过学术合作页面所列方式联系。

电路 IP 与成果转化

从专利与电路 IP 到企业联合开发再到量产应用的转化路径 — 转化不是研究结束之后的附加环节。企业侧的真实负载与工艺条件，往往会反过来改变课题在架构层面的取舍。

后摩尔算子拓展电路架构 IP　面向华为等企业出货，获 2024 年度华为计算产品线最佳技术合作奖（该奖项每年仅评选五项）。
AI 计算电路 IP　在阿里巴巴达摩院落地试用。
编解码电路 IP　相关专利应用于德州仪器、高通、华为的芯片产品，累计量产超过一亿颗。
存算一体端到端方案　在华为计算产品线实际落地，取得高达 16.6 倍加速。

发明专利

已申请／获批中美发明专利 20 余项，覆盖存算电路、光电融合架构、器件写入与可靠性、算法量化、神经形态器件等方向。

下表为已申请／获批的中美发明专利，按专利号或申请号列出。

名称	国别	专利号／申请号	发明人
LDPC post-processor architecture and method for low error floor conditions	美国	US9793923B2	Yaoyu Tao；Joyce Kwong
用于低误差底限状况的 LDPC 后处理器架构及方法	中国	ZL201680064534.8	陶耀宇；乔伊斯·邝
一种全模拟数据流的神经常微分方程求解器及其计算方法	中国	CN202411573862.3（公告号 CN119577297B）	杨玉超、孙玉丽、陶耀宇、余连风
一种面向存算一体系统的有限域纠错编解码方法及系统	中国	CN202311037278.1	陶耀宇、史代璟、杨玉超、燕博南
一种面向大语言模型加速的光电融合异构计算架构及方法	中国	CN2026111081170	潘泽伦、陶耀宇、王翌鸣、李萌、张腾
一种基于 RRAM 和 VCSEL 的无跨阻放大器模拟存内计算级联电路及方法	中国	CN202611089775X	王翌鸣、陶耀宇、潘泽伦、张腾、李萌
一种面向 VCSEL 光计算加速器的神经网络硬件映射方法	中国	CN2026111626613	王翌鸣、陶耀宇、潘泽伦、李萌、张腾
一种面向混合专家模型的嵌套式动态混合精度量化方法	中国	CN2026108744760	李萌、魏仁杰、黄浩宸、文锦琦、陶耀宇、张腾
一种数据处理系统	中国	CN202310639274.4	杨玉超、朱晓明、陶耀宇、朱奕航、董伟伟、王成旭、谭海波
一种算子编译方法以及装置	中国	CN202311070464.5	杨玉超、朱晓明、陶耀宇、朱奕航、董伟伟、王成旭、谭海波
一种基于忆阻器的三角函数实现方法	中国	CN202411249930.0	杨玉超、朱奕航、陶耀宇
一种基于忆阻器存内计算架构的布料模拟加速系统及方法	中国	CN2024115995707	杨玉超、龙洁、陶耀宇、余连风
一种基于忆阻器存内计算架构的卷积神经网络权重映射及像素级推理仿真方案	中国	CN2024112760540	杨玉超、李志远、陶耀宇、朱奕航、蔡磊
基于忆阻器的大模型存算一体加速方法及其适配的数据流处理方法	中国	CN202410781014.5	杨玉超、朱奕航、陶耀宇、荆兆坤
一种面向忆阻型器件的基于有限状态机的写入验证方案	中国	CN2024108261130	杨玉超、余连风、陶耀宇、杨宇翔
一种可编程多时间尺度储备池计算单元及其操作方法	中国	CN2024107436937	杨玉超、杨振、张腾、陶耀宇、黄如
基于电化学随机存取存储器的全并行向量外积计算操作方法	中国	CN2024107436922	杨玉超、杨振、路英明、陶耀宇、张腾、黄如
一种基于电化学掺杂的可调 LIF 神经元硬件单元	中国	CN2024108200368	杨玉超、杨振、张腾、陶耀宇、黄如
一种基于忆阻器的动态随机存储器刷新方法	中国	CN2025113632008	杨玉超、燕博南、陶耀宇、范安骏逸、朱奕航、夏文华、陈睿、吴志强
一种面向 RRAM 耐久性的多个 RRAM core 间的磨损均衡方法	中国	CN2025113620246	杨玉超、王泊闻、张权、闫龙皞、史代璟、潘泽伦、陶耀宇、朱奕航、夏文华、陈睿、吴志强
一种基于忆阻器的数字型存内计算电路及方法	中国	CN2025112241952	杨玉超、闫龙皞、潘泽伦、陶耀宇
基于非易失性多值存储器与晶体管集成的原地二值转换单元及其应用	中国	CN2025106180167	杨玉超、杨振、张腾、陶耀宇

中国专利申请号存在两种记法混用（如 CN2026111081170 与 CN202410781014.5），均按原始记录录入，未做统一转换。

新成员入门材料

加入实验室的同学通常需要在两到三个层次上补齐背景。以下是我们常用的起点，具体书目与讲义在组内共享。

体系结构

处理器微架构与存储系统的经典教材，配合 MICRO、HPCA、ISCA 近三年的存算与加速器相关论文精读清单。

集成电路

数字与模拟集成电路设计基础，重点是存储阵列外围电路、低功耗 ADC 与混合信号验证方法。

器件与算法

忆阻器与相变存储器的物理机制综述，以及神经微分方程、编解码算法等实验室常用算法的原始文献。

实验室每学期组织一次面向新成员的系列讲座，把上述三条线索串联起来，讲义在组内文档库中长期保留。