Čína řeší „stoletý problém“ novým analogovým čipem, který je 1000krát rychlejší než špičkové GPU Nvidia
Vědci v Čína vyvinuli nový čip se zvratem: je analogový, což znamená, že provádí výpočty na svých vlastních fyzických obvodech spíše než prostřednictvím binárních 1s a 0s standardních digitálních procesorů.
A co víc, jeho tvůrci říkají, že nový čip je schopen překonat špičkové grafické procesory (GPU) od Nvidie a AMD až 1000krát.
Při řešení složitých komunikačních problémů – včetně problémů s inverzí matice používaných v masivních systémech MIMO (MIMO) (bezdrátový technologický systém) – čip odpovídal přesnosti standardních digitálních procesorů a spotřeboval asi 100krát méně energie.
Provedením úprav vědci uvedli, že zařízení pak porazilo výkon špičkových GPU, jako jsou Nvidia H100 a AMD Vega 20, až 1000krát. Oba čipy jsou hlavními hráči v tréninku modelů AI; Například H100 od Nvidie je novější verze grafických karet A100, kterou OpenAI použila k trénování ChatGPT.
Nové zařízení je sestaveno z polí odporová paměť s náhodným přístupem (RRAM) buňky, které ukládají a zpracovávají data tím, že upravují, jak snadno proudí elektřina každou buňkou.
Na rozdíl od digitálních procesorů, které počítají v binárních 1s a 0s, analogový design zpracovává informace jako spojité elektrické proudy v síti buněk RRAM. Zpracováním dat přímo v rámci vlastního hardwaru se čip vyhýbá energeticky náročnému úkolu přesouvat informace mezi sebou a externím paměťovým zdrojem.
„S nárůstem aplikací využívajících obrovské množství dat to představuje výzvu pro digitální počítače, zejména proto, že tradiční škálování zařízení je stále náročnější,“ uvedli vědci ve studii. „Benchmarking ukazuje, že náš analogový výpočetní přístup by mohl nabídnout 1000krát vyšší propustnost a 100krát lepší energetickou účinnost než nejmodernější digitální procesory při stejné přesnosti.“
Stará technika, nové triky
Analogové výpočty nejsou novinkou – spíše naopak. Antikythérský mechanismus, objevený u pobřeží Řecka v roce 1901, odhaduje se, že byl postaven před více než 2000 lety. K provádění výpočtů používala do sebe zapadající ozubená kola.
Pro většinu moderních výpočetní historieanalogová technologie však byla odepsána jako nepraktická alternativa k digitálním procesorům. Je to proto, že analogové systémy se při zpracování informací spoléhají na nepřetržité fyzické signály – například napětí nebo elektrický proud. Ty je mnohem obtížnější přesně ovládat než dva stabilní stavy (1 a 0), se kterými musí digitální počítače pracovat.
Analogové systémy excelují v rychlosti a efektivitě. Protože nepotřebují rozkládat výpočty do dlouhých řetězců binárního kódu – místo toho je reprezentovat jako fyzické operace na obvodech čipu – analogové čipy mohou zpracovávat velké objemy informací současně a přitom spotřebovávat mnohem méně energie.
To se stává zvláště významným v aplikacích náročných na data a energii, jako je umělá inteligence, kde digitální procesory čelí omezením, pokud jde o množství informací, které mohou zpracovat sekvenčně. budoucí 6G komunikace — kde sítě budou muset zpracovat obrovské množství překrývajících se bezdrátových signálů v reálném čase.
Výzkumníci uvedli, že nedávné pokroky v paměťovém hardwaru by mohly analogové výpočty opět učinit životaschopnými. Tým nakonfiguroval buňky RRAM čipu do dvou obvodů: jeden, který poskytoval rychlý, ale přibližný výpočet, a druhý, který zpřesňoval a dolaďoval výsledek v následujících iteracích, dokud nedosáhl na přesnější číslo.
Konfigurace čipu tímto způsobem znamenala, že tým byl schopen zkombinovat rychlost analogových výpočtů s přesností běžně spojovanou s digitálním zpracováním. Rozhodující je, že čip byl vyroben pomocí komerčního výrobního procesu, což znamená, že by mohl být potenciálně sériově vyráběn.
Budoucí vylepšení obvodů čipu by mohla zvýšit jeho výkon ještě více, uvedli vědci. Jejich dalším cílem je vytvořit větší, plně integrované čipy schopné zvládnout složitější problémy při vyšších rychlostech.
