Ученые из Китая разработали аналоговый чип на RRAM, который выполняет вычисления, основываясь на физических схемах, а не используя бинарную систему стандартных цифровых процессоров.
По утверждению разработчиков, новый чип способен на порядок повысить производительность по сравнению с ведущими GPU от Nvidia и AMD, достигнув в тысячу раз лучшего результата. Исследователи из Пекинского университета подчеркивают, что их изобретение нацелено на решение двух основных проблем: ограничения по энергопотреблению и скорости передачи данных, которые встречаются у цифровых чипов в областях искусственного интеллекта и нового поколения связи 6G, а также — низкую точность и неприменимость аналоговых расчетов.
При выполнении сложных задач в области связи, таких как преобразование матриц, используемых в беспроводных системах MIMO (множественный вход и выход), чип демонстрировал точность на уровне стандартных цифровых процессоров, при этом потребляя в 100 раз меньше энергии.
Исследователи отметили, что изменения в архитектуре устройства позволяют ему превзойти производительность таких мощных GPU, как Nvidia H100 и AMD Vega 20. Эти процессоры часто применяются для обучения моделей ИИ. Новая разработка создана на основе массивов резистивной памяти с произвольным доступом (RRAM), где данные хранятся и обрабатываются с учетом регулирования тока в каждой ячейке.
В отличие от цифровых процессоров, которые работают с двоичными значениями, аналоговые схемы обрабатывают информацию через непрерывные электрические токи, проходящие через ячейки RRAM. Это позволяет аналоговому чипу избежать затратной передачи данных на внешние запоминающие устройства.
«Распространение приложений, работающих с большими объемами данных, создает сложности для цифровых компьютеров, особенно из-за сложности масштабирования традиционных устройств. Бенчмаркинг подтверждает, что наш подход к аналоговым вычислениям может обеспечить производительность в 1 тыс. раз выше и в 100 раз большую энергоэффективность по сравнению с современными цифровыми процессорами, сохраняя при этом точность», — утверждают разработчики.
На протяжении длительного времени аналоговые вычисления считались менее эффективными, чем цифровые. Физические сигналы, такие как напряжение и ток, которые используются в аналоговых чипах, трудно контролировать по сравнению с бинарной системой 1 и 0, которая применяется в современных цифровых устройствах.
Тем не менее, аналоговые системы превосходят цифровые по скорости и эффективности, поскольку они не разбивают вычисления на длинные последовательности двоичного кода. Аналоговые микросхемы способны обрабатывать большие объемы информации одновременно с гораздо меньшими затратами энергии.
Это особенно актуально для приложений, требующих обработки больших данных и огромного потребления электроэнергии. Для чипа была создана структура с двумя схемами ячеек RRAM: одна обеспечивала быстрые, но менее точные вычисления, в то время как другая дорабатывала и уточняла результат на протяжении последующих итераций, пока не достигалось более точное значение.
Чип был изготовлен с соблюдением стандартов промышленного производства и может быть выпущен в больших объемах. Разработчики также ожидают, что будущее внедрение улучшений значительно повысит его производительность. Они планируют создавать более крупные и полностью интегрированные чипы, способные выполнять более сложные задачи на более высоких скоростях.
Результаты исследования опубликованы в журнале
Источник: LiveScience
