2024年“科学探索奖”获奖人介绍｜信息电子领域

科学探索奖 2024

Xplorer Prize 2024

2024年，49位青年科学家从1012名申报者中脱颖而出，获得“科学探索奖”的资助。今年的获奖人名单可谓亮点纷呈，多元化、年轻化、不遗余力促创新，印证着我国基础科研正生机勃发。我们将分10个领域（数学物理学、化学新材料、天文和地学、生命科学、医学科学、信息电子、能源环境、先进制造、交通建筑、前沿交叉），陆续推出对2024年获奖人的详细介绍，敬请关注。

Xplorer Prize

获奖人：方璐

向左滑动查看代表性成果和未来研究方向

代表性成果

在计算光学交叉领域开展了探索研究。针对像差制约完美成像的桎梏，建立了过程成像新范式，提出了光场元成像原理，建立联合系统-环境-对象的数字自适应光学架构，攻克了光场精细感知与融合重建难题，实现了衍射极限的宽视场高分辨光场成像。针对传统电子计算的能效桎梏，首创了分布式广度光计算架构，研制了大规模智能光计算芯片“太极”，实现160 TOPS/W的通用智能计算。训练和推理是人工智能核心能力的两大基石，缺一不可。提出了全前向智能光计算训练架构，研制了智能光训练芯片“太极-II”，摆脱了对GPU电训练的依赖，实现高效精准的在线光训练。太极系列光芯片的面世，是开启大规模智能光计算的初步探索。

未来研究方向

将探索光计算光场智能成像理论与关键技术。从波粒层面探索物理光学、人工智能与神经科学等交叉新理论，推动计算光学跨学科交叉创新。打破传统光感-电算模式的桎梏，建立光入光出、算-感-算一体新架构，刻画空-时-谱多维光场可重构表征，攻克智能光计算规模与精度的矛盾，突破通量与能效瓶颈，支撑复杂大场景“光速”智能感算。可以预见，智能光计算将逐步登上高性能计算舞台，破除人工智能算力困局，以更低的资源消耗和更小的边际成本，为人工智能大模型、通用人工智能的高速高能效计算探索新路径，将在科学观测、智能系统等领域提供新的机遇。

获奖人：沈超

向左滑动查看代表性成果和未来研究方向

代表性成果

动态行为身份安全。身份安全直接关系着国家网络安全及个人用户的切身利益，是保障每个用户信息安全的基本手段。传统的静态数字身份识别长久以来面临着单次认证、易被猜测、安全性弱等瓶颈问题。沈超定义并研究动态行为身份安全的新问题，提出了可辨识紧致行为特征空间构建新方法，解释了复杂多变的抽象人机行为，提出了基于神经元引导与知识启发的身份安全增强新技术，实现了行为与身份表征的映射，在学界和业界率先形成了交互行为识别的动态身份安全理论与技术。研制了多套多模态、跨场景、跨终端、过程无扰的动态身份识别与安全分析软件系统。

人工智能安全。人工智能的安全、可靠、可控是人工智能技术规模化深度应用的基础性保障。开放式博弈和大规模应用环境下，人工智能算法与系统存在安全机理不明、安全边界归零、测评无规约、修复无范式等挑战。沈超从高层算法、中层组件和底层信物系统三个维度，构建了智能逆向机理分析、安全感知、异常检测的新框架，实现了智能脆弱机理解释与异常定位；提出了基于智能隐患发现驱动的智能测评新方法与基于安全关键状态追踪的自动修复增强新技术，形成了智能安全测评修复新范式。

未来研究方向

将深入研究逆向人工智能安全分析的新范式，剖析并构建对抗博弈环境下人工智能安全的基础性保障体系。该范式和体系在理解人工智能决策推理的“安全机理理解（为什么防）—安全规约度量（防什么）—安全泛化防御（怎么防）中发挥重要作用。这项研究将有助于解决当前基于正向推理的人工智能决策体系难以保障人工智能安全性的现状，建立“内生”理解、“外生”度量、“内外共生”防御的逆向人工智能安全攻防理论体系，推动AI安全跨领域、跨场景防御的泛化和智能化。

获奖人：汪萌

向左滑动查看代表性成果和未来研究方向

代表性成果

计算机对多媒体内容分析的过程涉及到表示、关联、语义三个处理层面，分别需要处理不同的信息源、数据关系和分析目标。人类对多媒体内容的认知理解是在不同层面对多模态信息进行复杂协同处理的过程，而传统方法忽视了这一重要特性。汪萌在多媒体内容的表示协同、关联协同、语义协同三个方向上取得研究成果，形成了多媒体内容协同分析理论和方法。在表示层，阐明了多模态特征间的互补性，提出多模态特征自适应融合与分析方法，解决了多信息源协同的难题；在关联层，揭示了多媒体数据间关联的多元性，构建数据间复杂关联的度量与映射模型，解决了复杂数据关系协同的难题；在语义层，发现了多目标语义协同的计算机理，并提出了多语义联合优化方法，解决了多语义概念协同的难题。成果大幅度提升了多媒体内容分析的性能，被应用于搜索、推荐、问答、安全防控等多个场景。

未来研究方向

将探索基于多模态交互的心理障碍辅助诊断与干预，针对心理障碍与多模态身心表征的映射机理、多模态内容与情绪转移的关联机制、生理与行为感知的可解释多模态大模型训推等科学问题开展研究。研究有助于进一步揭示生理信号和行为特征与情绪、心理、认知功能的关联关系。研究成果不仅可推动人工智能与心理学、认知科学的交叉融合，也可形成有效的辅助诊断与干预工具，服务健康中国战略。

获奖人：章秀银

向左滑动查看代表性成果和未来研究方向

代表性成果

随着移动通信的发展，5G与4G/3G混合组网，工作频段众多，基站天线数量大幅增加，因此需要将多频段天线高密度集成在同一口径以应对基站站址资源不足的问题。然而多频段的天线单元密集分布时产生严重的相互干扰，影响通信性能。为此章秀银研究了滤波天线，建立了其等效电路模型，提出了一系列滤波天线协同融合思路与设计方法。利用滤波天线设计了多频共口径基站天线阵列，提升了异频端口之间的隔离度，并降低了方向图畸变。此外，还基于协同融合思路设计了微波及毫米波多功能融合电路芯片。

未来研究方向

将研究通信感知融合的毫米波芯片与前端微系统，深入探究毫米波芯片中的数字与模拟电路的高效协同工作机制，探索面向毫米波前端芯片AI设计的神经网络模型的构建方法，将在毫米波前端芯片的数字化和AI设计中发挥重要作用。预期研究成果有助于实现毫米波通信感知融合前端芯片的模式灵活重构和能效提升，有助于推动5.5G/6G技术的发展。

获奖人：周鹏

向左滑动查看代表性成果和未来研究方向

代表性成果

集成电路逻辑和存储器件在后摩尔时代发展中碰到了根本困难，不管是物理尺寸微缩挑战还是存储架构分级导致数据传输的带宽限制，都需要创新器件极限科学，突破技术应用探索。周鹏利用新材料超薄原子晶体结构和独特物理特性，开发新器件结构如TSCFET、CFET等。双表面沟道晶体管TSCFET突破了传统逻辑电路最低晶体管使用数限制；提出了硅基二维异质集成叠层晶体管，实现了晶圆级异质CFET 技术，在相同工艺节点下实现了器件集成密度翻倍，为先进节点晶体管设计提供了可选技术路径。他探索存储器件性能边界，解决超快非易失原理冲突难题，证实闪存可以在10年非易失的前提下，电荷编程速度能够大幅提高，编程时间20 ns，擦写高达800万次，并阐明了电荷注入优化机制，实现1Kb规模超快存储阵列，将有助于改变电荷存储根技术。

未来研究方向

首先将在成熟工艺中引入先进材料与晶体管结构获得超节点性能。如果在成熟工艺提前引入二维半导体结合优化后的先进结构，经过仿真预测，叠层晶体管对比现有鳍形晶体管具有很大的优势，用硅加二维半导体结构会获得跨代的性能提升。通过创新硅/二维CFET结构，引入Si-2D分层，极大简化先进结构的复杂工艺，利用硅晶向设计与二维半导体种类/层数调控实现最大迁移率匹配，从而实现超节点性能。本研究将推动国际器件研究摆脱现有框架，寻找突破新路径。

其次，在证实了二维闪存纳秒级良率高达98% 的基础上，开创自氧化零间隙隧穿介质并精确控制局域场，增强电荷注入隧穿几率，通过微观范德华间隙调控，实现亚1纳秒极限速度非易失存储。如果存储器擦写速度能够达到1纳秒以下，那么已经超出SRAM，远超DRAM。并设计亚1纳秒CMOS编程电路，重点解决与闪存阵列集成问题，实现CMOS+超快芯片。因此带来的革新将会改写存储器格局，有望推动超快颠覆性闪存技术产业化。

Xplorer Prize

2024年“科学探索奖”数学物理学获奖人合影

关于科学探索奖

“科学探索奖”于2018年设立，是一项由新基石科学基金会出资、科学家主导人才遴选的公益奖项，是目前国内金额最高的青年科技人才资助项目之一。

“科学探索奖”评审委员会将每年遴选出不超过50名、年龄不超过45岁（2024年起，女性申报人年龄放宽到48岁）、在中国内地及港澳地区工作的青年科技工作者，鼓励他们心无旁骛地探索科学“无人区”。每位获奖者将连续5年、获得总计300万元资金。

2022年起，“科学探索奖”新增医学科学领域，共设10大领域，包括数学物理学、化学新材料、天文和地学、生命科学、医学科学、信息电子、能源环境、先进制造、交通建筑、前沿交叉。

Xplorer Prize