Kinezi razvili analogni čip hiljadu puta brži od najnaprednijih digitalnih procesora

Još impresivnije, njegovi tvorci tvrde da novi čip može da nadmaši najmoćnije grafičke procesorske jedinice (GPU) „Envidije“ i AMD-a i do 1.000 puta.

U novoj studiji objavljenoj 13. oktobra u časopisu Nature Electronics, istraživači sa Univerziteta u Pekingu navode da njihov uređaj rešava dva ključna problema – energetska i ograničenja u vezi sa količinom podataka sa kojima se suočavaju digitalni čipovi u oblastima veštačke inteligencije i 6G tehnologije, kao i „vekovni problem“ slabe preciznosti i nepraktičnosti koji je dugo sputavao analogno računanje.

Kada je čip testiran na složenim komunikacionim zadacima, uključujući matrične inverzije korišćene u sistemima sa velikim brojem ulaza i izlaza koji su osnova bežičnih tehnologija, pokazao je istu tačnost kao standardni digitalni procesori, ali je trošio oko 100 puta manje energije.

Nakon dodatnih podešavanja, istraživači su rekli da je uređaj nadmašio performanse najmoćnijih GPU čipova, poput „Envidija Iks100“ i „AMD Vega 20“, čak i do 1.000 puta. Oba ova čipa su ključna za obuku modela VI. Primera radi, „Envidija Iks100“ je novija verzija A100 grafičkih kartica koje je “OpenAI” koristio za treniranje ChatGPT-a.

Novi uređaj je napravljen od nizova memorijskih ćelija tipa RRAM (resistive random-access memory) koje skladište i obrađuju podatke tako što menjaju otpornost protoka električne struje kroz svaku ćeliju.

Za razliku od digitalnih procesora koji računaju pomoću binarnih 1 i 0, analogni dizajn obrađuje informacije kao kontinuirane električne struje kroz mrežu svojih RRAM ćelija. Na taj način, čip obrađuje podatke direktno u svom hardveru, bez potrebe za energetski zahtevnim prenosom informacija između procesora i spoljne memorije.

„Sa porastom aplikacija koje koriste ogromne količine podataka, digitalni računari suočavaju se sa izazovima, posebno zato što dalja minijaturizacija tradicionalnih uređaja postaje sve teža. Naša analiza pokazuje da analogni pristup može ponuditi 1.000 puta veći protok podataka i 100 puta bolju energetsku efikasnost od najsavremenijih digitalnih procesora, uz istu preciznost“, naveli su naučnici u studiji.

Stara tehnologija, novi trikovi

Analogno računanje nije nova pojava. Naprotiv, veoma je staro. Mehanizam sa Antikitere, pronađen uz obalu Grčke 1901. godine, procenjuje se da je napravljen pre više od 2.000 godina i koristio je međusobno povezane zupčanike za obavljanje proračuna.

Tokom većeg dela moderne istorije računarstva, međutim, analogna tehnologija je smatrana nepraktičnom alternativom digitalnim procesorima. Razlog je taj što se analogni sistemi oslanjaju na kontinuirane fizičke signale, poput napona ili električne struje, da bi obradili informacije, a te signale je mnogo teže precizno kontrolisati nego dve stabilne vrednosti (1 i 0) kojima barataju digitalni računari.

Ipak, tamo gde analogni sistemi briljiraju jeste brzina i efikasnost. Pošto ne moraju da razlažu proračune u dugačke binarne nizove, već ih predstavljaju kao fizičke operacije u samom kolu čipa, analogni procesori mogu da obrade velike količine informacija istovremeno, uz mnogo manju potrošnju energije.

To je posebno značajno za aplikacije koje zahtevaju ogromne količine podataka i energije, kao što su VI i buduće 6G mreže, gde digitalni procesori imaju ograničenja u količini informacija koje mogu obrađivati redom, kao i u sposobnosti da u realnom vremenu procesuiraju velike količine preklapajućih bežičnih signala.

Istraživači smatraju da bi najnoviji napredak u memorijskoj tehnologiji mogao ponovo da učini analogno računanje praktičnim. Tim je konfigurirao RRAM ćelije čipa u dva kruga: jedan koji obezbeđuje brzu, ali približnu računicu, i drugi koji precizira rezultat kroz iteracije, dok ne postigne tačniju vrednost.

Ovakvom konfiguracijom, istraživači su uspeli da kombinuju brzinu analognog računanja sa preciznošću digitalnog procesiranja. Ključno je i to što je čip proizveden korišćenjem komercijalnog procesa proizvodnje, što znači da bi se potencijalno mogao masovno proizvoditi.

Dalja poboljšanja električnih kola čipa mogla bi dodatno povećati njegove performanse, rekli su istraživači. Njihov sledeći cilj je razvoj većih, potpuno integrisanih čipova sposobnih da rešavaju još složenije probleme i to još većom brzinom.