河大百年·大学之大⑤|闫小兵教授：先有爱国心才有“中国芯”

　　长城网记者 李梦颖 宁朝伟

　　40多项发明专利、90余篇国际顶级期刊SCI论文、“80后”博士生导师、全球前2%顶尖科学家、河北大学首位国家重大人才工程青年学者入选者……这一连串的数字解锁出闫小兵的科研人生。

　　在实验室工作的闫小兵。长城网记者 宁朝伟 摄

　　2011年，刚刚博士毕业的他，通过人才引进至河北大学，从事新型类脑器件与芯片研究。十年磨一剑，现在的他已然是河北大学电子信息工程学院副院长，教授、博士生导师。一路追寻科学之“光”，攻坚克难，闫小兵一直活跃在尖端技术的一线。

　　瞄准新一代类脑芯片研发

　　在河北省类脑神经器件与系统实验室里，身穿白大褂的闫小兵正带领着学生做实验。充满科技感的实验室里，仪器的轰鸣声与大家的讨论声交织在一起，紧张而有序。很多汇聚国内顶尖技术的类脑芯片科研成果就是在这里诞生的。

　　闫小兵正在带着学生做实验。长城网记者 宁朝伟 摄

　　为什么要研究类脑芯片？类脑芯片又是做啥的？

　　传统上，计算机每次进行运算时需要在CPU和内存这两个区域往复调用，频繁的数据交换导致处理海量信息效率很低。传统芯片在工作时，受到冯诺依曼瓶颈的限制，速度慢，功耗高。

　　而类脑芯片是人工智能芯片中的一种架构。它不仅仅依赖于计算机理论体系，更融合了生物学理论体系，一旦信号开始在它的“血管”里流淌，就能像生物的大脑一样进行思维，并作出反应，可以实现存储与计算的深度融合，大大提升计算性能、提高集成度、降低能耗。

　　阿尔法狗与人类进行围棋大战时，需要耗费将近1000度电，但是采用类脑芯片后，会大大降低能耗，仅用原来能耗的三百分之一就可以完成同样的工作。与此同时，运算速度却能达到原来的上百万倍甚至上亿倍。

　　类脑芯片更像具有神经网络的电脑芯片，它们不只能像普通计算机那样给出对的答案，还能更“聪明”更便捷地给出基于现有信息的最佳答案。

　　“这枚指甲盖大小的中央处理器就是类脑芯片。”闫小兵拿着手中的电路板，眼睛闪烁着光芒。

　　闫小兵团队自主研发的类脑芯片，命名为“坤舆之光1号”。于冬伟 供图

　　黄灿灿的金属线点缀其中，黑色的芯片牢牢地嵌在绿色的电路板上，等待被信号唤醒。看上去，它与常见的芯片几乎没有区别，但对于闫小兵团队来说，却意义非凡。

　　从2018年开始，经过800多天夜以继日的奋斗，终于在今年年初，闫小兵团队自主研发了一种能够实现阵列读取、权重调制、数字图像识别的1KB忆阻器类脑芯片，数字识别准确率超过95%。

　　大家把首款自主研发的忆阻器类脑芯片取名为“坤舆之光1号”，意为传承发扬河北大学对科学严谨探索的精神，也为百年河大献礼。

　　只为一颗“中国芯”

　　芯片是小个子的“国之重器”。如果不能掌握这方面的生产能力，很可能在关键领域受制于人。

　　研究存储器出身的闫小兵，对于芯片集成有一定的知识背景和研究基础，他毅然决然投入到了新型类脑器件与芯片的研究队伍当中。

　　当年博士毕业后，凭借过硬的研究实力，他完全可以在大公司、研究机构获得很高的职位和待遇，面对诸多充满诱惑的邀请，他选择了在河北大学开启新的航程。

　　“忆阻器领域相对来讲比较新，很多有趣的现象等待发现，也有很多悬而未决的理论模型等待验证。用最简单的心态面对最单纯的科研，这种快乐是其他行业很难体会到的。”在闫小兵看来科研是生活中不可剥离的一部分，像享受生活一样享受科研，困难便会迎刃而解。

　　工作的第一天，闫小兵就对自己做了一条硬性要求：每天无论节假日8点前到实验室，每天晚上11点读一篇专业文献。“对于我来说，这算不上什么坚持，只不过是兴趣罢了。” 提及这个每天雷打不动的习惯，闫小兵向记者说道。

　　埋头工作的闫小兵。长城网记者 宁朝伟 摄

　　显微镜、台阶仪、半导体测试仪……每天与这些精密仪器为伴，实验室成为了闫小兵的另外一个“家”。闫小兵的办公室，因为经年累月没有人在，早已经落了厚厚的一层灰，但若去实验室楼找他，他一准儿在场。实验室旁边的一间教室，是他和学生们在一起观念碰撞、交流想法的地方，索性他把自己的办公地点搬到了这里，和同学们日夜奋战在一起。

　　实验室的灯永远都是整栋教学楼最晚熄灭的。几乎所有的夜晚，都亮着灯，似乎永远有人在加班。“我们恨不得一天24小时都在实验室里。”

　　“实验室里每一项研发成果都是一个难产的过程。”科研的每一项工作都要经过千锤百炼，个中艰辛，唯有自知。

　　研究芯片，需要器件、材料、电力、算法、架构多学科的调查，在研发硅基上外延钙钛矿材料时，前两年，闫小兵团队把能想到的实验方案，能优化的实验条件全都试验了，学生眼看就要毕业了，实验还是没有成功，大家陷入前所未有的沮丧。

　　闫小兵正在记录实验数据。长城网记者 宁朝伟 摄 

　　“那段时间，脑子里像过电影一样，吃饭睡觉都在想实验过程。以前都是把气压往高调，我们把气压调低一点呢？睡觉之前突发灵感，一经测试，果然成功了！我们也成为了世界上为数不多实验成功的实验室之一。”提起曾经的科研过程，闫小兵娓娓道来。

　　不服输，不低头，不怕别人卡脖子，大胆往前走，这是对闫小兵的生动写照。

　　亦师亦友 益师益友

　　在同学们的眼中，虽然做起科研来，闫小兵一丝一毫都不放过。但是，走出实验室，闫小兵却是个十足的“玩家”。足球、排球、篮球、台球、乒乓球……各种体育项目他都会。    

　　每个周末下午，他都会组织同学们打打球，聚聚餐，丰富大家的科研生活。平时，考虑到学生的性情不一，研究方向也不尽相同，闫小兵总是会和同学们一对一交流，关注每个同学的进展和状态。

　　闫小兵正在为学生讲授实验要领。长城网记者 宁朝伟 摄

　　教书育人和科学研究是闫小兵肩上挑的两个担子，以研促教，科教融合。把教学与自己的科研工作有机结合，鼓励本科生走进实验室，培养和提高学生理论联系实际，把论文写在祖国大地上。

　　“我很希望我曾经走过的弯路能让年轻教师避免重复地去走。这就需要‘传帮带’精神，当好年轻人的引路人。”从闫小兵的身上可以窥见，他早已将为学、为师、为人融入在工作科研的方方面面。

　　“有什么事情，如果我没有给你们反馈，你们要及时追着我。”这是闫小兵经常给学生说的一句话。现在，闫小兵愈发觉得时间不够用，为了能够给予每个学生及时的指导，他鼓励大家要去主动追着自己问问题。

　　从事芯片研究这些年，闫小兵也有属于自己的小目标！

　　“我希望三年内研发出大容量的类脑神经芯片，为我国芯片产业进入世界第一梯队的目标贡献自己的绵薄之力。”