单芯片同时实现存储与计算，类脑计算架构迎来关键突破

一项跨国科研合作近日在类脑计算领域取得重要进展。由巴西圣卡洛斯联邦大学教授维克托·洛佩斯-理查德（Victor Lopez-Richard）参与的国际团队，研发出一种能够在单一芯片组件上同时执行存储与处理功能的新型器件，相关成果已发表于学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。

这一成果聚焦于神经形态计算（又称类脑计算）领域——该架构旨在通过电子电路模拟神经元与突触的工作方式，从根本上改变信息处理与存储的分离模式。与冯·诺依曼架构下"存算分离"的传统路线相比，神经形态计算有望大幅压缩数据搬运带来的能耗瓶颈。

氧化物界面形成超薄电子层，器件实现"电子多态"

该器件的核心材料来自两种矿物氧化物的界面：铝酸镧（LaAlO₃）与钛酸锶（SrTiO₃）。在这两种化合物的结合面处，自发形成了一层极薄的高迁移率电子层，可充当导电通道，并通过外部电信号灵活调控。

得益于这一结构，单一器件能够同时以晶体管、忆阻器和忆容器三种模式工作：晶体管负责调控电流通断；忆阻器与忆容器则能记录历史信号——这正是对生物突触"记忆"功能的电子化模拟。洛佩斯-理查德表示："只需接通或断开某个端口，器件的功能随即切换。"研究团队将这种按需变换功能的特性命名为电子多态性（electronic polymorphism）。

区别于传统数字晶体管只有"开"与"关"两种状态，该器件以模拟方式工作，可支持多个中间态，更贴近生物神经元的连续性响应特征。

三类脑功能测试通过，能耗低于传统同类架构

实验测试显示，该器件成功完成了三类与大脑功能对应的任务：一是简单视觉模式识别，包括对低分辨率图像中0至9数字的辨识；二是重复刺激后的响应强化，类比于生物学习中的突触增强机制；三是逻辑运算的片内执行，无需调用外部存储器。能耗测试结果同样令人关注——其能量消耗低于同等功能的传统架构。

不过，研究团队对商业化前景保持审慎。洛佩斯-理查德坦言："我们目前呈现的是概念验证，属于基础研究范畴。要走向商业产品，还需克服若干挑战，包括器件的可扩展性、与现有技术的集成兼容性，以及器件间一致性的工艺控制。"

巴德两校十年合作结硕果，忆容机制获新解

这项研究源于圣卡洛斯联邦大学与德国维尔茨堡大学之间的长期合作，合作关系可追溯至2013至2015年间，Zui初由圣保罗州研究资助基金会（Fapesp）提供资金支持。本次研究同样获得该基金会的常规项目及国际交流经费资助。巴西圣保罗州在过去数十年间持续投入基础科研经费，已逐渐形成覆盖材料、物理、计算等多个领域的高水平研究生态，圣卡洛斯联邦大学正是其中的重要支点。

与此同时，该研究团队还在《应用物理快报》（Applied Physics Letters）发表了第二篇相关论文，并被期刊编辑评选为重点推荐文章。该文深入分析了系统的电容记忆特性，得出关键结论：器件的忆容机制源自侧向端口的电荷积累，而非其他类似器件中常见的氧空位迁移——这一区分对未来的器件设计与工艺优化具有重要指导意义。

神经形态芯片赛道目前已吸引英特尔、IBM及多家初创企业入局，但材料体系与架构路线仍处于多元探索阶段。此次基于氧化物界面的"电子多态"方案，为存算一体提供了一条有别于主流相变材料或阻变存储器的新思路。国内在忆阻器与类脑芯片领域同样有持续布局，如何将新型氧化物界面材料的研究成果与本土晶圆制造工艺相结合，或是下一步值得关注的方向。