Επιστήμονες στην Κίνα ανέπτυξαν νέο τσιπ, με μια ανατροπή: είναι αναλογικό, που σημαίνει ότι εκτελεί υπολογισμούς στα δικά του φυσικά κυκλώματα και όχι μέσω των δυαδικών 1 και 0 των τυπικών ψηφιακών επεξεργαστών. Επιπλέον, οι δημιουργοί του λένε ότι το νέο τσιπ είναι ικανό να ξεπεράσει τις κορυφαίες μονάδες επεξεργασίας γραφικών (GPU) της Nvidia και της AMD έως και 1.000 φορές.
Όταν χρησιμοποιήθηκε για την αντιμετώπιση σύνθετων προβλημάτων επικοινωνίας -συμπεριλαμβανομένων προβλημάτων αντιστροφής μήτρας που χρησιμοποιείται σε τεράστια συστήματα πολλαπλών εισόδων και πολλαπλών εξόδων (MIMO, ένα ασύρματο τεχνολογικό σύστημα)-, το τσιπ αντιστοιχούσε στην ακρίβεια των τυπικών ψηφιακών επεξεργαστών, ενώ χρησιμοποιούσε περίπου 100 φορές λιγότερη ενέργεια.
Κάνοντας προσαρμογές, οι ερευνητές ανέφεραν ότι η συσκευή στη συνέχεια μείωσε την απόδοση κορυφαίων GPU όπως οι Nvidia H100 και AMD Vega 20 έως και 1.000 φορές. Και τα δύο τσιπ είναι σημαντικοί παράγοντες στην εκπαίδευση μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης. Το H100 της Nvidia, για παράδειγμα, είναι η νεότερη έκδοση των καρτών γραφικών A100, τις οποίες χρησιμοποίησε το OpenAI για την εκπαίδευση του ChatGPT.
Διφορετική αρχιτεκτονική
Η νέα συσκευή είναι κατασκευασμένη από συστοιχίες κελιών μνήμης τυχαίας προσπέλασης (RRAM), που αποθηκεύουν και επεξεργάζονται δεδομένα, ρυθμίζοντας την ευκολία με την οποία ρέει το ηλεκτρικό ρεύμα μέσω κάθε κελιού. Σε αντίθεση με τους ψηφιακούς επεξεργαστές, που υπολογίζουν σε δυαδικά 1 και 0, ο αναλογικός σχεδιασμός επεξεργάζεται πληροφορίες ως συνεχή ηλεκτρικά ρεύματα σε όλο το δίκτυο των κελιών RRAM. Επεξεργαζόμενο δεδομένα απευθείας μέσα στο δικό του υλικό, το τσιπ αποφεύγει την ενεργοβόρα εργασία μεταφοράς πληροφοριών μεταξύ του εαυτού του και μιας εξωτερικής πηγής μνήμης. Λάβετε τις πιο συναρπαστικές ανακαλύψεις του κόσμου απευθείας στα εισερχόμενά σας.
«Με την άνοδο των εφαρμογών που χρησιμοποιούν τεράστιες ποσότητες δεδομένων, αυτό δημιουργεί μια πρόκληση για τους ψηφιακούς υπολογιστές, ιδιαίτερα καθώς η παραδοσιακή κλιμάκωση συσκευών καθίσταται ολοένα και πιο απαιτητική», ανέφεραν οι ερευνητές στη μελέτη. «Η συγκριτική αξιολόγηση δείχνει ότι η προσέγγισή μας στην αναλογική πληροφορική θα μπορούσε να προσφέρει 1.000 φορές υψηλότερη απόδοση και 100 φορές καλύτερη ενεργειακή απόδοση από τους υπερσύγχρονους ψηφιακούς επεξεργαστές για την ίδια ακρίβεια».
Παλιά τεχνολογία, νέα κόλπα
Η αναλογική υπολογιστική δεν είναι κάτι καινούργιο – το αντίθετο μάλιστα. Ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων, που ανακαλύφθηκε στα ανοιχτά των ελληνικών ακτών το 1901, εκτιμάται ότι κατασκευάστηκε πριν από περισσότερα από 2.000 χρόνια. Χρησιμοποιούσε αλληλοσυνδεόμενα γρανάζια για την εκτέλεση υπολογισμών.
Για το μεγαλύτερο μέρος της σύγχρονης ιστορίας της πληροφορικής, η αναλογική τεχνολογία έχει απορριφθεί ως μια μη πρακτική εναλλακτική λύση σε σχέση με τους ψηφιακούς επεξεργαστές. Αυτό συμβαίνει επειδή τα αναλογικά συστήματα βασίζονται σε συνεχή φυσικά σήματα για την επεξεργασία πληροφοριών – για παράδειγμα, τάσης ή ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτά είναι πολύ πιο δύσκολο να ελεγχθούν με ακρίβεια από τις δύο σταθερές καταστάσεις (1 και 0) με τις οποίες πρέπει να λειτουργούν οι ψηφιακοί υπολογιστές.
Εκεί που τα αναλογικά συστήματα υπερέχουν είναι στην ταχύτητα και την αποτελεσματικότητα. Επειδή δεν χρειάζεται να αναλύουν τους υπολογισμούς σε μεγάλες ακολουθίες δυαδικού κώδικα -αντίθετα τους αναπαριστούν ως φυσικές λειτουργίες στα κυκλώματα του τσιπ-, τα αναλογικά τσιπ μπορούν να χειρίζονται μεγάλους όγκους πληροφοριών ταυτόχρονα, χρησιμοποιώντας πολύ λιγότερη ενέργεια.
Αυτό αποκτά ιδιαίτερη σημασία σε εφαρμογές που απαιτούν δεδομένα και ενέργεια όπως η τεχνητή νοημοσύνη, όπου οι ψηφιακοί επεξεργαστές αντιμετωπίζουν περιορισμούς ως προς το πόσες πληροφορίες μπορούν να επεξεργαστούν διαδοχικά, καθώς και στις μελλοντικές επικοινωνίες 6G, όπου τα δίκτυα θα πρέπει να επεξεργάζονται τεράστιους όγκους επικαλυπτόμενων ασύρματων σημάτων σε πραγματικό χρόνο.
Βιωσιμότητα
Οι ερευνητές δήλωσαν ότι οι πρόσφατες εξελίξεις στο υλικό μνήμης θα μπορούσαν να καταστήσουν ξανά βιώσιμη την αναλογική υπολογιστική. Η ομάδα διαμόρφωσε τα κελιά RRAM του τσιπ σε δύο κυκλώματα: ένα που παρείχε έναν γρήγορο αλλά κατά προσέγγιση υπολογισμό και ένα δεύτερο που βελτίωσε το αποτέλεσμα σε επόμενες επαναλήψεις μέχρι να καταλήξει σε έναν πιο ακριβή αριθμό.
Η διαμόρφωση του τσιπ με αυτόν τον τρόπο σήμαινε ότι η ομάδα μπόρεσε να συνδυάσει την ταχύτητα του αναλογικού υπολογισμού με την ακρίβεια που συνήθως συνδέεται με την ψηφιακή επεξεργασία. Το πιο σημαντικό είναι ότι το τσιπ κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας μια εμπορική διαδικασία παραγωγής, που σημαίνει ότι θα μπορούσε ενδεχομένως να παραχθεί μαζικά.
Οι ερευνητές ανέφεραν ότι μελλοντικές βελτιώσεις στα κυκλώματα του τσιπ θα μπορούσαν να ενισχύσουν ακόμη περισσότερο την απόδοσή του. Ο επόμενος στόχος τους είναι να κατασκευάσουν μεγαλύτερα, πλήρως ενσωματωμένα τσιπ, ικανά να χειρίζονται πιο σύνθετα προβλήματα σε μεγαλύτερες ταχύτητες.
Γράφει ο Όουεν Χιουζ, πηγή: livescience.com
