国际固态电路会议最近(2月18日至22日)（International Solid-State Circuits Conference，ISSCC）在美国旧金山举行。 　　ISSCC会议每年2月中旬举行。它是芯片设计领域最大、最权威、最高水平的学术会议，被业界誉为“集成电路设计国际奥运会”。每年选择约200项芯片测量结果，约40%的芯片结果来自国际芯片巨头，例如：英特尔、三星、台积电AMD、英伟达，高通，博通，ADI、TI、联发科等，其余60%左右的芯片成果来自高校和科研院所。 　　ISSCC的历史成就代表了当年的全球领先水平，显示了芯片技术和行业的发展趋势。ISSCC首次披露了许多“芯片领域里程碑发明”，例如，世界上第一个集成模拟放大器芯片(1968年)、第一个8位微处理器芯片(1974年)和32位微处理器芯片(1981年)、第一个1GB内存DRAM芯片(1995年)、多核处理器芯片(2005年)等。 　　黄如院士-叶乐教授在北京大学的论文（Jihang Gao, Linxiao Shen*, Heyi Li, Siyuan, Ye, Jie Li, Xinhang Xu, Jiajia Cui, Yunhung Gao, Ru huang, and Le Ye*, “A 7.9fJ/Conversion-Step and 37.12AFrms Pipelined-SAR Capacitance-to-Digital Converter with kT/C Noise Cancellation and Incomplete-Settling-Based Correlated Level Shifting”, ISSCC 2023年度唯一最佳论文奖（Anantha P. Chandrakasan Award for Outstanding Distinguished-Technical Paper）。本文的第一作者是博士生高继航员，通讯作者是沈林晓研究员和叶乐教授；本文还得到了浙江省北京大学信息技术研究院和微纳核心公司的技术支持。 　　该奖项也是IEEE固态电路学会（Solid State Circuits Society）每年只颁发一项顶级会议最高奖项。这不仅是集成电路设计领域国际年度唯一的最高学术荣誉，也是ISSCC自1953年成立70年以来首次获得国内（包括香港和澳门）奖项，表明中国科研团队在集成电路设计领域的创新能力得到了世界上最高学术荣誉的认可！ 　　据报道，目前物联网传感器应用对高速高精度电容数字转换器的需求不断增加，因此团队从架构和电路两个层面提出了解决方案。 　　在架构层面，本工作创新性地采用了流水线型逐步接近寄存器电容传感器架构，实现了高精度、高能效，提高了转换速度；在电路层面，首次提出了KT/C采样噪声消除技术，可应用于电容传感，解决了小电容传感的精度瓶颈，突破了采样热噪声引起的精度瓶颈。 　　此外，本工作首次提出的基于不完全建立的相关电平提升技术缩短了传统增益提升技术的广泛阶段时间。在降低功耗的同时，显著提高了等效开环增益，提高了级间放大器的能量效率和精度。在提高转换率的同时，实现了高精度（1ffrms噪声水平）电容器传感器能量效率的世界纪录。 　　基于上述架构和电路层面的创新，研究小组开发了基于22nm的产品 CMOS工艺的紧凑型高能电容传感器芯片在22nm工艺下测量0-5.16pf电容值，精度达到37.12af，在所有高精度(1ffrms噪声水平)电容传感器中具有最高能效(7.9fJ/conv.-step），而且达到了71.3dB的信噪比，能效比前人的工作提高了一倍。该电路具有能效高、精度高、面积小、转换速度快的特点，可广泛应用于各种物联网传感器和电容传感器的前端应用，为电容传感芯片的小型化提供了新的解决方案。 　　近年来，北京大学黄如院士叶乐教授团队在超低功耗智能物联网AIOT芯片、模拟与数模混合芯片、SRAM存算一体化AI芯片等方面取得了一系列国际领先的创新成果。在被称为芯片设计奥林匹克的ISSCC上，近五年发表了12篇论文，成为国内外ISSCC发表成果最多的研究小组之一。不仅如此，团队还成功孵化了芯片设计企业微纳核心，致力于打造“一流科研成果”与“一流产业应用”之间的产学研循环飞轮 　　在这样的产学研机制下，叶乐教授沈林晓课题组获得了2024年ISSCC最佳论文奖（Anantha P. Chandrakasan Award for Outstanding Distinguished-Technical Paper），这是奥林匹克ISSCC年度唯一最好的芯片设计论文，ISSCC自1953年成立70年以来，首次获得国内（包括香港和澳门）奖项，表明中国在集成电路设计领域的创新能力得到了世界上最高学术荣誉的认可！ 　　据了解，电容传感器主要用于两种场景：第一种是人机交互触摸场景，可替代机械按钮，广泛应用于便携式电子产品、小型家电、家电、汽车等产品；第二种是各种电容传感器，如电容压力传感器、湿度传感器、电容加速度计等，从而获得更高的精度和更低的功耗。 　　微纳核心是一家由团队孵化的芯片设计企业，目前主要推动两条产品线在电容传感器方面的工业化：第一条是空间触摸产品线。用户的手指可以实现高灵敏度的触摸检测，而无需触摸电容焊盘。这显著提高了用户体验，降低了BOM和生产成本，提高了调试效率，放宽了生产和装配公差。按计划，今年将推出隔空触摸产品，首先将应用于小家电、大家电、便携式电子设备等领域。为了应用于汽车隔空触摸场景，下一步将提高可靠性设计。 　　二是电容压力传感器产品线。与电阻压力传感器相比，电容压力传感器在精度和功耗方面具有显著优势，是高端压力传感器市场的首选。长期以来，它一直被欧美公司垄断，因为它在MEMS和ASIC芯片上都面临着巨大的挑战。目前，该团队与国内MEMS龙头企业合作，计划今年完成产品研发，研究高精度、低功耗、高可靠性的压力传感器产品线。 　　ADC技术是模拟信号链芯片领域非常重要的共同基础技术，我们也应用于新能源电池组检测BMS 在AFE芯片产品线中，我们独立开发国内高精度高压BCD技术，开发高精度、低功耗、高可靠性的BMS AFE芯片应用于新能源储能和汽车领域，努力打造新能源BMSS 为了解决新能源战略产业核心芯片的数据安全和供应链安全问题，AFE芯片的“设计-工艺-标准”全链本土制造！ 　　此外，团队还在积极推进 SRAM 存算集成技术及其与RISC-V异构集成的人工智能芯片研发，致力于通过SRAM存算集成和RISC-V异构集成的架构创新路线，突破美国1017芯片禁运新规的计算密度禁运红线，突破美国对中国高端人工智能芯片的禁运困境！ 　　国际固态电路会议是展示固态电路和电影系统进展的全球学术会议。每年吸引来自世界各地工业和学术界的3000多名参与者。2023年，在ISSCC会议上，中国大陆有43篇论文入选，位居世界第一。2024年，中国大陆的论文数量位居世界第一。 　　在这方面，叶乐表示，这首先表明中国在集成电路设计方面的学术研究水平迅速提高，中国在芯片设计创新能力方面取得了巨大进展。其次，我们仍然需要看到，国内研究成果属于学术导向，应用和需求牵引研究成果仍然较少，导致研究成果与工业应用之间存在很大差距。至于美国，虽然目前文章数量少于中国，但出版了大量由巨头芯片公司主导的成果。中国在产业需求主导方面仍存在很大差距。第三，我们还可以看到，从简单的文章数量来看，中国取得了领先地位，但主要集中在模拟、电源等小芯片上，在先进的处理器、人工智能大芯片等方面仍存在较大差距。 　　“当然，这里也有客观因素，这也是一个结果。大型芯片所需的研发资源、资金、流程技术水平和团队规模比小型芯片要复杂得多。大学团队很难在这些方面与国际巨头芯片企业竞争。因此，我们仍然需要清楚地认识到差距，为未来的困难做好充分的心理准备，以便更好、更快地赶上国际先进水平。”叶乐说。