Kinezi razvili analogni čip hiljadu puta brži od najnaprednijih digitalnih procesora

Naučnici u Kini razvili su novi čip sa zanimljivim obrtom – on je analognan, što znači da obavlja proračune koristeći vlastite fizičke električne krugove, a ne binarne jedinice i nule kao standardni digitalni procesori. Još impresivnije, njegovi tvorci tvrde da novi čip može nadmašiti najmoćnije grafičke procesorske jedinice (GPU) Nvidia i AMD i do 1.000 puta.

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

Kada je čip testiran na složenim komunikacionim zadacima, uključujući matrične inverzije korištene u sistemima s 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 čak i do 1.000 puta. Primjera radi, Nvidia X 100 je novija verzija A100 grafičkih kartica koje je OpenAI koristio za treniranje ChatGPT-a.

Novi uređaj napravljen je od nizova memorijskih ćelija tipa RRAM (resistive random-access memory) koje pohranjuju i obrađuju podatke tako što mijenjaju 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 zahtjevnim prenosom informacija između procesora i vanjske memorije.

– S porastom aplikacija koje koriste ogromne količine podataka, digitalni računari suočavaju se s izazovima, posebno zato što daljnja 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.

Analogno računanje nije nova pojava. Naprotiv, vrlo je staro. Mehanizam s Antikitere, pronađen uz obalu Grčke 1901. godine, procjenjuje se da je napravljen prije više od 2.000 godina i koristio je međusobno povezane zupčanike za obavljanje proračuna. Tokom većeg dijela moderne historije računarstva, međutim, analogna tehnologija smatrana je 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 mnogo je teže precizno kontrolirati nego dvije stabilne vrijednosti (1 i 0) kojima barataju digitalni računari.

Ipak, tamo gdje analogni sistemi briljiraju jeste brzina i efikasnost. Budući da ne moraju razlagati proračune u duge binarne nizove, već ih predstavljaju kao fizičke operacije u samom kolu čipa, analogni procesori mogu obraditi velike količine informacija istovremeno, uz mnogo manju potrošnju energije.

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

Istraživači smatraju da bi najnoviji napredak u memorijskoj tehnologiji mogao ponovno učiniti analogno računanje praktičnim. Tim je konfigurirao RRAM ćelije čipa u dva kruga: jedan koji osigurava brzu, ali približnu računicu, i drugi koji precizira rezultat kroz iteracije, dok ne postigne tačniju vrijednost. Ovakvom konfiguracijom istraživači su uspjeli kombinirati brzinu analognog računanja s preciznošću digitalnog procesiranja. Ključno je i to što je čip proizveden korištenjem komercijalnog procesa proizvodnje, što znači da bi se potencijalno mogao masovno proizvoditi.

Daljnja poboljšanja električnih kola čipa mogla bi dodatno povećati njegove performanse, rekli su istraživači. Njihov sljedeći cilj je razvoj većih, potpuno integriranih čipova sposobnih rješavati još složenije probleme, i to još većom brzinom.