下一代AI芯片性能翻倍？新技術(shù)可以模仿人腦來(lái)節(jié)省能源

創(chuàng)新的新型芯片技術(shù)集成了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理功能，大大提高了效率和性能。研究團(tuán)隊(duì)利用被稱為鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FeFET）的特殊電路應(yīng)用了一種新的計(jì)算模式。幾年內(nèi)，這可能會(huì)被證明適用于生成式人工智能、深度學(xué)習(xí)算法和機(jī)器人應(yīng)用。

據(jù)報(bào)道，慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的Hussam Amrouch教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種可用于人工智能的架構(gòu)，其功能是同類內(nèi)存計(jì)算方法的兩倍。

最新研究結(jié)果已于近期發(fā)表在了《自然》雜志上。據(jù)稱，創(chuàng)新的新型芯片技術(shù)集成了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理功能，大大提高了效率和性能。這些芯片受到人腦的啟發(fā)，預(yù)計(jì)將在三到五年內(nèi)上市，需要跨學(xué)科合作才能達(dá)到行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)。

據(jù)悉，Amrouch團(tuán)隊(duì)利用被稱為鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FeFET）的特殊電路應(yīng)用了一種新的計(jì)算模式。幾年內(nèi)，這可能會(huì)被證明適用于生成式人工智能、深度學(xué)習(xí)算法和機(jī)器人應(yīng)用。

實(shí)際上，他們的基本理念很簡(jiǎn)單：以前的芯片只在晶體管上進(jìn)行計(jì)算，而現(xiàn)在它們也是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的位置。這樣既省時(shí)又省力。Amrouch說(shuō)：“因此，芯片的性能也得到了提升?！?/p>

隨著人類需求的不斷提高，未來(lái)的芯片必須比以前的更快、更高效。因此，它們不能迅速升溫。如果它們要支持諸如無(wú)人機(jī)飛行時(shí)的實(shí)時(shí)計(jì)算等應(yīng)用，這是必不可少的。

“像這樣的任務(wù)對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)是極其復(fù)雜和耗能的，”研究人員說(shuō)。

對(duì)芯片的這些關(guān)鍵要求可以用數(shù)學(xué)參數(shù)TOPS/W來(lái)概括：“每秒每瓦特的太赫茲運(yùn)算量”。這可以看作是未來(lái)芯片的重要技術(shù)指標(biāo)：當(dāng)提供一瓦（W）功率時(shí)，處理器每秒（S）能執(zhí)行多少萬(wàn)億次運(yùn)算（TOP）。

這款新型人工智能芯片可提供885 TOPS/W。這使得它比同類人工智能芯片（包括三星公司的MRAM芯片）的功能強(qiáng)大一倍。而目前普遍使用的CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）芯片的運(yùn)行速度在10-20 TOPS/W之間。

具體而言，研究人員從人類那里借鑒了現(xiàn)代芯片架構(gòu)的原理。Amrouch說(shuō)：“在大腦中，神經(jīng)元負(fù)責(zé)處理信號(hào)，而突觸則能夠記住這些信息，他描述了人類如何能夠?qū)W習(xí)和回憶復(fù)雜的相互關(guān)系?！?/p>

為此，芯片使用了“鐵電”（FeFET）晶體管。這種電子開(kāi)關(guān)具有特殊的附加特性（施加電壓時(shí)極性反轉(zhuǎn)），即使在切斷電源的情況下也能存儲(chǔ)信息。此外，它們還能保證在晶體管內(nèi)同時(shí)存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。

Amrouch認(rèn)為：“現(xiàn)在，我們可以構(gòu)建高效的芯片組，用于深度學(xué)習(xí)、生成式人工智能或機(jī)器人等應(yīng)用，例如，在這些應(yīng)用中，數(shù)據(jù)必須在生成的地方進(jìn)行處理。”

不過(guò)，慕尼黑工業(yè)大學(xué)慕尼黑機(jī)器人與機(jī)器智能綜合研究所（MIRMI）的教授認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)還需要幾年時(shí)間。他認(rèn)為，適合實(shí)際應(yīng)用的首款內(nèi)存芯片最快也要三到五年后才能問(wèn)世。