华科大williamhill中文科研创新取得重大进展，在2025年6月8日-12日于日本京都举办的 IEEE超大规模集成电路国际研讨会（IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuit，VLSI Symposium）上，我院集成电路科学与工程系刘冬生教授和叶大蔚研究员课题组的两篇高水平研究论文成功入选。这是我院首次在该顶级会议上实现研究成果突破，标志着学院在相关前沿领域的原创性研究已跻身国际先进行列。
论文一：
A 28nm 84.9KOPS 1.82μJ/op RISC-V Crypto-SoC with Primitive-based Deepcoupling Unified Post-Quantum Engine
量子计算机指数级的算力增长对现有传统密码体系构成了严峻威胁，具备抗量子攻击能力的后量子密码算法成为下一代信息安全体系的重要支撑。然而, 后量子密码算法标准化进程的持续演进、显著膨胀的密钥密文尺寸和与现有多样化应用场景的适配性等问题，对安全芯片的可编程性、性能、能效与兼容性提出了重要挑战。为实现后量子密码的平滑过渡与无缝切换，本工作研发了一款后量子密码RISC-V SoC芯片，芯片支持NIST首批3个标准FIPS算法的同时，兼容传统国密算法，适配RISC-V开源生态，具备用户友好的灵活可编程性。提出了基于算子并行调度的紧耦合计算架构，将后量子密码核心算子计算与指令流水深度耦合，显著降低了算法硬件计算延迟。设计了基于多项式基元的RISC-V定制向量计算指令，完成了单指令多数据流，在保证灵活编程性的同时降低了算法实现所需代码大小。设计了基于密码原语的后量子密码算法重构机制，实现了对3种FIPS算法的高效支持。
28nm工艺下，芯片核心面积2.11mm2，最高工作频率达到800MHz，工作功耗范围为8.45mW@0.65V~351.45mW@1.1V，支持Kyber、Dilithium、SPHINCS+三种算法完整安全等级下的全部功能。该芯片完成单个完整的密钥封装、数字签名方案性能和所需能耗分别为Kyber：84KOPS，1.82μJ/op；Dilithium：23KOPS，6.79μJ/op；SPHINCS+：1.2KOPS，172.56μJ/op。该性能与能效指标在目前国际上已报道的后量子密码处理器中处于领先水平。该研究成果发表于VLSI-C 2025 的创新计算系统（Innovatie Computing Systems）分会场。该论文第一作者为博士后陆家昊，通讯作者为刘冬生教授。
图1.芯片特性与参数指标
图2.芯片实物图与电镜显微图
论文二：
A 0.06mm2 27.5-to-30GHz Series Resonance VCO with Magnetic Mutual Resistance Achieving 207.2dBc/Hz FoMA at 10MHz offset
面对日益增长的数据通信需求，毫米波频段拥有更丰富的频谱资源，能够承载更多的数据量，从而能够满足当前高速通信系统对于数据率和带宽的要求，但同时也对毫米波频率源的频谱纯净度提出了更高的要求。针对以上问题，williamhill中文先进模拟与射频集成电路设计实验室设计出了一种工作在毫米波频段的串联谐振压控振荡器芯片。在毫米波频段工作的压控振荡器通常采用多核耦合的方式降低相位噪声，但这种方法会消耗额外的面积。串联谐振压控振荡器相比与多核耦合的振荡器具有更优的相位噪声性能，但由于功耗等原因未能在毫米波频段得以实现。该工作提出了一种磁互阻的概念并且将其运用到串联谐振压控振荡器中，不仅将传统的四级级联结构简化至单级差分结构，优化了核心面积，同时也大大降低了功耗。除此之外，相比于传统的串联谐振压控振荡器，磁互阻的引入也进一步优化了相位噪声性能，在消耗更低的功耗条件下取得了更高的优值(Figure of Merit)。
根据测试结果，该芯片在27.78GHz的输出频率下达到了1MHz频偏处-120dBc/Hz的相位噪声，并且仅消耗46mW的功耗，相较于国内外同行的工作取得了显著的优势。该研究成果发表于VLSI-C 2025 的高性能振荡器（High-Performance Oscillators）分会场。该论文第一作者为2024级硕士生陈路阳，通讯作者为叶大蔚研究员。
图3.相位噪声测试结果
图4.性能对比图
VLSI会议介绍
IEEE VLSI Symposium 始于1987年，与国际固态电路会议（ISSCC）、国际电子器件会议（IEDM）并称为超大规模集成电路与半导体领域的顶尖国际会议之一，其独特的Technology与Circuit双论坛规格，深度贯通半导体工艺研发和芯片设计全链条，被产业界公认为 “技术演进风向标” 和 “创新成果试金石” ，会议常年吸引英特尔、台积电、索尼等国际巨头发布战略级技术突破，同时汇聚国内外顶尖学府展示前沿研究，是全球学术圈与产业界公认的最高规格会议平台。
