如何用计算存储一体化突破AI算力瓶颈 ， 是近年来国内外的科研热点 。 寻找合适的硬件 ， 是提升算力的基础之一 。 该团队通过优化材料和器件结构 ， 成功制备出高性能忆阻器阵列 。 为解决器件非理想特性造成的系统识别准确率下降问题 ， 他们提出一种新型的混合训练算法 ， 仅需用较少的图像样本训练神经网络 ， 并通过微调最后一层网络的部分权重 ， 就可使存算一体架构在手写数字集上的识别准确率达到96.19% 。
同时 ， 团队还提出空间并行的机制 ， 将相同卷积核编程到多组忆阻器阵列中 ， 各组忆阻器阵列可并行处理不同的卷积输入块 ， 提高并行度来加速卷积计算 。 在此基础上 ， 该团队搭建了全硬件构成的完整存算一体系统 ， 在系统里集成了多个忆阻器阵列 ， 并在该系统上高效运行了卷积神经网络算法 ， 成功验证了图像识别功能 ， 证明了存算一体架构全硬件实现的可行性 。
“基于忆阻器的新型存算一体架构 ， 可以打破算力瓶颈 ， 满足人工智能等复杂任务对计算硬件的高需求 。 ”团队成员、清华大学未来芯片技术高精尖创新中心教授吴华强说 。
世界首个人类细胞图谱绘制成功
实现人体细胞数字化
浙江大学医学院郭国骥教授团队用自主研发的分析平台 ， 绘制出人类首个细胞图谱 。 3月26日 ， 国际顶级期刊《自然》在线刊登了这项研究成果 。
细胞是生命的基本单位 。 在过去 ， 科学家主要利用显微镜和流式分析等技术 ， 依靠若干表型特征对自然界里不同物种的细胞进行分类和鉴定 。 单细胞测序技术的出现给这一传统的细胞认知体系带来了革命性的变化 。
研究团队对60种人体组织样品和7种细胞培养样品进行了高通量单细胞测序分析 ， 系统性地绘制了跨越胚胎和成年两个时期、涵盖八大系统的人类细胞图谱 ， 建立了70多万个单细胞的转录组数据库 ， 鉴定了人体100余种细胞大类和800余种细胞亚类 ， 开发了单细胞比对系统 ， 并搭建了人类细胞蓝图网站 。
郭国骥介绍 ， 这项工作概括地说就是人体细胞数字化 。 用数字矩阵描述每一个细胞的特征 ， 并对它们进行系统性分类 。 此外 ， 还定义了许多以前未知的细胞种类 ， 发现了一些特殊的表达模式 。 通过人类细胞图谱 ， 团队发现 ， 多种成人的上皮、内皮和基质细胞也在组织中扮演着免疫细胞的角色 。
此外 ， 通过跨时期、跨组织的细胞图谱分析 ， 团队揭示了一个普适性的哺乳动物细胞命运决定机制：干细胞和祖细胞的转录状态混杂且随机 ， 而分化和成熟细胞的转录状态就变得分明且稳定 ， 也就是说 ， 细胞分化经历了一个从混乱到有序的发展过程 。
该研究首次从单细胞水平上全面分析了胚胎和成年时期的人体细胞种类 ， 研究数据将成为探索细胞命运决定机制的资源宝库 ， 也将对人体正常与疾病细胞状态的鉴定带来深远影响 。 在未来 ， 临床医生有望通过参照正常的细胞来鉴别异常的细胞状态和起源 。
“天问一号”开启火星探测新征程
一次完成“环绕、着陆、巡视探测”三大目标
7月23日 ， 我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场 ， 用长征五号遥四运载火箭成功发射首次火星探测任务“天问一号”探测器 ， 火箭成功将探测器送入预定轨道 ， 开启火星探测之旅 ， 迈出了我国自主开展行星探测的第一步 。
国际上对于火星的探测 ， 起步于20世纪60年代 。 截至2020年6月底 ， 人类已对火星实施了40余次探测任务 ， 其中成功24次 。 我国首次火星探测任务起步虽晚 ， 但起点高、跨越大 ， 从立项伊始就瞄准当前世界先进水平确定任务目标 ， 明确提出在国际上首次通过一次发射 ， 完成“环绕、着陆、巡视探测”三大目标 。 如果这一目标能够顺利实现 ， 我国将成为世界上第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家 。
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