В Италии создали аналоговый чип, который оказался в 5000 раз эффективнее цифровых решений
В Италии создан прототип аналогового процессора, позволяющий в тысячу раз ускорить обработку данных в робототехнике, искусственном интеллекте и больших данных. Вычисления выполняются в памяти ЦП без пересылки данных, демонстрируя потребление до 5000 раз меньше, чем у цифровых аналогов.
Исследователи уже давно обратились к вычислениям в памяти, чтобы сократить энергетический бюджет компьютеров при отправке данных из памяти в процессор и обратно. Это характерно для классической архитектуры «узкого места» фон Неймана, приводящей к меньшей задержке и более высокому энергопотреблению. Вычисления в памяти особенно перспективны для выполнения низкоуровневых операций линейной алгебры, требующих интенсивной обработки данных, особенно матричных и векторных операций.
Ранее в таких системах уже было успешно продемонстрировано умножение матрицы на вектор, тогда как реализация обратного умножения матрицы на вектор представляет собой более сложную задачу из-за высокой сложности схемы. Исследователи из Политехнического университета Милана (г.Миланский политехнический университет) представили интегрированный аналоговый ускоритель с замкнутой обратной связью, предназначенный для обеих этих операций.
Устройство реализовано на основе статической оперативной памяти (SRAM) и выполнено по 90-нм технологии CMOS.
Разработанная микросхема содержит два массива памяти 64×64, объединенные в аналоговую петлю обратной связи с помощью интегральных операционных усилителей, цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей. Такая архитектура позволяет выполнять операции обращения матрицы непосредственно в памяти без необходимости передачи данных на внешние вычислительные блоки.
Экспериментально доказано, что ускоритель способен эффективно решать системы дифференциальных уравнений методом рекурсивной инверсии блоков, демонстрируя экономию электроэнергии до 5000 раз по сравнению с цифровыми аналогами этих схем.
Массивы памяти основаны на ячейках резистивной памяти ReRAM, которые схематически соединены с ячейками SRAM. Ячейка ReRAM определенно является аналоговым элементом, который задает тон всей новой платформе. Следует также сказать, что эта европейская разработка основана на проектах ученых Пекинского университета, которые также опубликовали научные работы на ту же тему. В целом, это пример международного сотрудничества, направленного на решение общей проблемы повышения эффективности высокопроизводительных вычислений.
Практическая применимость предложенного решения продемонстрирована на задачах слежения за траекторией ракеты с помощью фильтра Калмана, а также на ускорении расчетов обратной кинематики в роботах-манипуляторах. Полученные результаты сравнимы по точности с полностью цифровыми системами при эквивалентной цифровой емкости, а аналоговый подход с вычислениями в памяти обеспечивает увеличение задержки, энергопотребления и площади кристалла.
