Кинези развили аналогни чип хиљаду пута бржи од најнапреднијих дигиталних процесора

Још импресивније, његови творци тврде да нови чип може да надмаши најмоћније графичке процесорске јединице (ГПУ) „Енвидије“ и АМД-а и до 1.000 пута.

У новој студији објављеној 13. октобра у часопису Nature Electronics, истраживачи са Универзитета у Пекингу наводе да њихов уређај решава два кључна проблема – енергетска и ограничења у вези са количином података са којима се суочавају дигитални чипови у областима вештачке интелигенције и 6Г технологије, као и „вековни проблем“ слабе прецизности и непрактичности који је дуго спутавао аналогно рачунање.

Када је чип тестиран на сложеним комуникационим задацима, укључујући матричне инверзије коришћене у системима са великим бројем улаза и излаза који су основа бежичних технологија, показао је исту тачност као стандардни дигитални процесори, али је трошио око 100 пута мање енергије.

Након додатних подешавања, истраживачи су рекли да је уређај надмашио перформансе најмоћнијих ГПУ чипова, попут „Енвидија Икс100“ и „АМД Вега 20“, чак и до 1.000 пута. Оба ова чипа су кључна за обуку модела ВИ. Примера ради, „Енвидија Икс100“ је новија верзија А100 графичких картица које је “OpenAI” користио за тренирање ChatGPT-а.

Нови уређај је направљен од низова меморијских ћелија типа RRAM (resistive random-access memory) које складиште и обрађују податке тако што мењају отпорност протока електричне струје кроз сваку ћелију.

За разлику од дигиталних процесора који рачунају помоћу бинарних 1 и 0, аналогни дизајн обрађује информације као континуиране електричне струје кроз мрежу својих RRAM ћелија. На тај начин, чип обрађује податке директно у свом хардверу, без потребе за енергетски захтевним преносом информација између процесора и спољне меморије.

„Са порастом апликација које користе огромне количине података, дигитални рачунари суочавају се са изазовима, посебно зато што даља минијатуризација традиционалних уређаја постаје све тежа. Наша анализа показује да аналогни приступ може понудити 1.000 пута већи проток података и 100 пута бољу енергетску ефикасност од најсавременијих дигиталних процесора, уз исту прецизност“, навели су научници у студији.

Стара технологија, нови трикови

Аналогно рачунање није нова појава. Напротив, веома је старо. Механизам са Антикитере, пронађен уз обалу Грчке 1901. године, процењује се да је направљен пре више од 2.000 година и користио је међусобно повезане зупчанике за обављање прорачуна.

Током већег дела модерне историје рачунарства, међутим, аналогна технологија је сматрана непрактичном алтернативом дигиталним процесорима. Разлог је тај што се аналогни системи ослањају на континуиране физичке сигнале, попут напона или електричне струје, да би обрадили информације, а те сигнале је много теже прецизно контролисати него две стабилне вредности (1 и 0) којима баратају дигитални рачунари.

Ипак, тамо где аналогни системи бриљирају јесте брзина и ефикасност. Пошто не морају да разлажу прорачуне у дугачке бинарне низове, већ их представљају као физичке операције у самом колу чипа, аналогни процесори могу да обраде велике количине информација истовремено, уз много мању потрошњу енергије.

То је посебно значајно за апликације које захтевају огромне количине података и енергије, као што су ВИ и будуће 6Г мреже, где дигитални процесори имају ограничења у количини информација које могу обрађивати редом, као и у способности да у реалном времену процесуирају велике количине преклапајућих бежичних сигнала.

Истраживачи сматрају да би најновији напредак у меморијској технологији могао поново да учини аналогно рачунање практичним. Тим је конфигурирао RRAM ћелије чипа у два круга: један који обезбеђује брзу, али приближну рачуницу, и други који прецизира резултат кроз итерације, док не постигне тачнију вредност.

Оваквом конфигурацијом, истраживачи су успели да комбинују брзину аналогног рачунања са прецизношћу дигиталног процесирања. Кључно је и то што је чип произведен коришћењем комерцијалног процеса производње, што значи да би се потенцијално могао масовно производити.

Даља побољшања електричних кола чипа могла би додатно повећати његове перформансе, рекли су истраживачи. Њихов следећи циљ је развој већих, потпуно интегрисаних чипова способних да решавају још сложеније проблеме и то још већом брзином.