2025年4月10日，上海——在今日举行的“2025中国集成电路创新峰会”上，复旦大学微电子学院联合上海集成电路研发中心正式发布了全球首颗“软件定义近存计算3D芯片”，标志着我国在后摩尔时代新型计算架构领域取得重大突破。该芯片被命名为“天枢-1”，其独特的“软件定义”理念与三维堆叠技术相结合，有望彻底打破传统冯·诺依曼架构下的“存储墙”瓶颈，为人工智能、大数据处理、边缘计算等场景提供颠覆性的算力支撑。

突破存储墙：从“数据搬运”到“数据融合”

长期以来，传统计算机采用冯·诺依曼架构，处理器与存储器分离，数据传输带宽和能耗成为系统性能提升的核心瓶颈——即“存储墙”。随着AI模型参数从百亿级迈向万亿级，频繁的数据搬移导致高达60%以上的能耗浪费在内存与计算单元之间的路径上。近存计算与存内计算技术由此成为学术界和产业界共同聚焦的突破口。

此次发布的“天枢-1”芯片，采用创新的3D异质集成工艺，将计算单元阵列与多层存储单元垂直堆叠，通过高密度硅通孔（TSV）实现片间互连，数据延迟降低至传统方案的十分之一以下。更关键的是，该芯片首次实现了“软件定义”的近存计算架构——芯片内部的存储-计算映射关系不再固化，而是可以由上层软件动态配置。这意味着，用户可以根据不同的算法需求，灵活调整哪一部分存储块参与计算、采用何种计算粒度，甚至实时重构数据流路径。

三大核心技术：灵活、高效、低功耗

据项目负责人、复旦大学微电子学院教授李鸣介绍，“天枢-1”集成了三大独创技术：

一是可重构近存计算单元。每个计算单元均包含一个轻量级的可编程处理核和本地共享存储器，通过片内网络支持任意形状的数据拼接与卷积操作，兼容CNN、RNN、Transformer等多种主流AI模型。

二是分布式指令集架构。芯片内部不存在中央控制器，而是通过一个“软件定义引擎”将高层算法自动分解为分布式微指令，各计算单元并行执行，进一步消除了调度瓶颈。

三是智能功耗管理。基于3D堆叠的温度感知电源网格，芯片可根据计算负载实时切换工作电压与频率，在典型AI推理任务中能效比达到传统GPU的5倍以上。

实测数据显示，在ResNet-50图像识别任务上，“天枢-1”的能效比达到12.8 TOPS/W，相比同类近存计算芯片提升约40%；在BERT自然语言处理任务中，数据搬移能耗仅占总能耗的18%，远低于行业平均水平。

发布会现场：专家高度评价产业前景

在发布现场，中国半导体行业协会副理事长魏少军表示：“软件定义近存计算3D芯片的诞生，是对传统‘硬件决定软件’思维的一次颠覆。它让计算资源真正可编程、可定制，为我国在先进制程受限背景下另辟蹊径提供了技术范例。”

上海集成电路研发中心总裁陈磊透露，“天枢-1”已在12英寸工艺线上完成流片验证，预计2025年第三季度向AI加速器厂商提供工程样片。首批应用将瞄准智慧城市中的视频分析、工业视觉质检以及云端大模型推理部署。

未来展望：从专用到通用的桥梁

当前，大多数近存计算芯片仍属于专用加速器，难以适应多样化应用场景。而“天枢-1”通过软件定义能力，首次实现了“专用硬件的性能、通用处理器的灵活性”。项目组计划下一步推出支持RISC-V指令集的开源软件栈，吸引更多开发者围绕该芯片构建应用生态。

业内人士认为，随着台积电、三星等厂商纷纷量产3D封装技术，软件定义近存计算3D芯片有望成为后摩尔时代的一个重要演进方向。上海此次率先实现全球首发，不仅巩固了我国在新型计算架构领域的先发优势，也为全球芯片产业走出“功耗墙”“存储墙”双重困境提供了中国方案。