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以创新设计推动芯片能效提升——上海交通大学蒋力副教授
2020-05-20
蒋力，1984年生，博士，上海交通大学计算机科学与工程系副教授、博士生导师。2013年获香港中文大学计算机科学与工程系博士学位，2012—2013年在美国杜克大学ECE系做访问学者，2014年进入上海交通大学工作。主要研究方向包括芯片设计、设计自动化（EDA）、计算机体系结构、基于机器学习算法的芯片及硬件系统性能、可靠性提升等。先后承担国家自然科学基金青年项目、国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划项目及华为2012实验室中央研究院和阿里巴巴AIR横向课题等研究工作。2014年获亚洲测试会议（ATS）最佳博士论文奖，2019年6月获中国图灵大会ACM上海新星奖，2019年8月获CCF（中国计算机学会）集成电路Early Career Award。多次参加国内外重要学术交流活动并作学术报告。
蒋力副教授在芯片设计自动化领域的国际会议和期刊上发表论文46篇，其中1篇获ICCAD最佳论文提名。目前主要致力于推动开源EDA工具算法及开源芯片架构与编译器方面的研究，通过搭建开源的数据和工具平台，利用AI算法弥补EDA与芯片设计领域大量工程“经验”的缺失。在多项横向课题资助下，研究并实现了端侧设备的AI训练编译器，并将在近期内开源。产业政策服务方面，在毛军发院士领导下，参加了“上海市人工智能专项规划编制小组”，负责“智能芯片方向”战略产品规划编写；参与了人工智能重点实验室（上海交通大学）芯片技术平台建设规划编制；主笔上海市经信委AI芯片发展路线图和“第二届世界人工智能大会”蓝皮书《AI产业核心技术分析与展望》芯片章节。
1 新工艺芯片电路和架构测试
针对3D芯片高成本问题，蒋力副教授率先研究了“绑定前测试”对提高3DIC良品率的影响，开拓性地在3D芯片的测试架构中引入绑定前测试并优化其测试成本，被引入IEEE 标准P1838：DfT standard-under-development for 2.5D-3D-SICs；研究了3D芯片垂直通道TSV的静态和在线故障建模、测试与诊断技术。芯片测试领域专家杜克大学ECE系主任Chakrabarty教授在其30多篇EDA领域论文中引用了蒋力副教授的工作，其中一篇文章4次提及并高度评价了蒋力副教授的发现，并以其工作为参考设置实验。全球知名芯片测试公司明导（Mentor Graphics）在文章中引用了蒋力副教授的研究成果，并在此基础上提出改进方案，进而应用到其测试产品中。
针对碳纳米管存储器，蒋力副教授颠覆了逐个数据比特按序测试的传统算法，创新提出了“跳跃式”测试算法，大大节省了芯片测试制造成本。该工作引起伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）教授Nam Sung Kim的关注，后续与蒋力副教授合作发表了2篇论文，将CNFET技术引入体系结构领域。
2 新工艺电路及系统容错
针对 3D IC中TSV的高故障率，蒋力副教授率先设计了高效的TSV修复架构。美国AMD半导体公司在体系结构会议上介绍了蒋力副教授的研究工作，称其为一种可以在芯片运行时修复TSV的技术。AMD在随后的一年将该3D存储架构集成进全新一代GPU产品，使3D存储器成为深度学习设备的标配。在国内，清华微电子所所长魏少军评价蒋力副教授的工作为“一种新颖的TSV修复算法，可以拓展到片上网络架构中，解决多核系统中的故障处理器”。
蒋力副教授提出3D存储器中冗余资源在不同晶片上共享的技术，在国际上引起了3D存储器冗余资源共享的创新热潮，相继出现60多篇后续论文。郑南宁院士课题组以蒋力副教授的发现为研究基础，提出架构层的解决方案并在实验上做了参考比较。TSMC高级技术总监H. H. Lee在蒋力副教授工作基础上提出了3D存储器的全局冗余资源共享技术，一度成为修复效率最高的技术。他还与蒋力副教授合作创造了一种“聚拢”故障单元地址的方法，再次刷新了3D存储器修复效率的记录。
3 神经形态计算
蒋力副教授提出利用忆阻器阵列的模拟特性，一次读写即可以测试和诊断出一个阵列中的多处故障，降低了忆阻器的测试难度，将有效加快这种新工艺器件的量产。率先利用了神经网络算法本身的可塑性来容忍计算硬件带来的故障和工艺波动，提高了这一计算平台的可用性和可靠性。成果引起了该领域先驱研究组（杜克大学陈怡然、李海研究组，清华大学杨华中、汪玉研究组）的兴趣，分别提出了基于这一思想的容错方法。蒋力副教授对神经网络算法提出了创新，使其对硬件加速器更加友好。
4 推动EDA及其他芯片设计相关的学术和产业发展
电子设计自动化（EDA）是芯片设计的重要环节，在很多人看来是“夕阳产业”。但美国2018年却公布了2亿美元的电子复兴计划资助EDA学术研究，可见EDA领域仍然应该获得足够的重视。蒋力副教授在研究过程中深感国内EDA领域发展较慢，受关注度较低，人才培养匮乏，决心与同行共同推进其发展。
在2016年全国计算机体系结构学术会议以及中国测试学术会议上，他作为执行主席组织了两场AI芯片设计相关的DAC论坛，邀请了包括美国工程院院士Jason Cong等权威专家和EDA领域青年学者以及企业技术专家介绍工作，讨论学术和行业发展，取得了很好的效果。在2017年全国容错计算学术会议上，蒋力副教授作为论坛主席，组织了6场EDA及芯片测试容错相关的论坛，吸引了200余名学者专家参加，获得广泛好评。
在同行们的共同努力下，借着人工智能芯片的东风，国内高校、科研单位和企业积极投稿参加DAC论坛，蒋力副教授也被推选为DAC推广委员会委员，在中国测试学术会议、全国容错计算学术会议、International Test Conference–Asian等国内外学术会议上担任领域主席，此外还担任了DATE、ASP-DAC、ETS、ATS等国际学术会议程序委员会委员。此外，他与国内同行一起发起创立了ChinaDA系列论坛，得到了SigDA以及CEDA的资助，并出任ChinaDA理事会成员及第二届ChinaDA主席。
在开展科研创新的同时，蒋力副教授十分注重与产业界合作，推动科研成果“落地”产生实际影响力。除了学术成果被明岛国际公司（Mentor graphics）、台湾积体电路制造股份有限公司（TSMC）、超威半导体公司（AMD）等广泛引用借鉴外，他提出的针对计算硬件架构深度优化的图像处理算法已被用于国产无人机型号，类似的算法优化成果成功应用于苏州科达和上港集团。
