Friss hírek szerint kínai tudósok kifejlesztettek egy új chipet, aminek van egy különlegessége: analóg, vagyis a számításokat nem a hagyományos digitális processzorok bináris 1-es és 0-ás kódjaival, hanem saját fizikai áramköreivel végzi. Ráadásul a fejlesztők szerint az új chip

akár 1000-szeres teljesítményre is képes az Nvidia és az AMD csúcskategóriás grafikus processzoraihoz (GPU) képest.

Az új GPU

A Nature Electronics folyóiratban október 13-án megjelent új tanulmányban a Pekingi Egyetem kutatói elmondták, hogy eszközük két fontos akadályt is leküzdött. Ilyen az energia- és adatkorlátok, amikkel a digitális chipek szembesülnek olyan új területeken, mint a mesterséges intelligencia (AI) és a 6G, valamint az analóg számítástechnikát korlátozó, „százéves problémát” jelentő pontatlanságok és nem praktikus megoldások.

Komplex kommunikációs problémák megoldásakor az új chip a standard digitális processzorok pontosságát érte el, miközben körülbelül 100-szor kevesebb energiát fogyasztott. A kutatók szerint a chip néhány módosítás után 1000-szer nagyobb teljesítményre volt képes, mint a csúcskategóriás GPU-k, például az Nvidia H100 és az AMD Vega 20. Mindkét chip fontos szerepet játszik a mesterséges intelligencia modellek képzésében; az Nvidia H100 például az A100 videokártyák újabb verziója, amit az OpenAI a ChatGPT képzéséhez használnak.

A bináris 1-esekkel és 0-ákkal számoló digitális processzorokkal ellentétben az analóg kialakítás az információkat folyamatos elektromos áramként dolgozza fel az RRAM cellák hálózatán keresztül. Az adatok közvetlenül a saját hardveren belüli feldolgozásával a chip elkerüli az energiaigényes feladatot, hogy információkat továbbítson önmaga és egy külső memóriakészlet között.

„A hatalmas mennyiségű adatot felhasználó alkalmazások térnyerésével minden kihívást jelent a digitális számítógépek számára, különösen mivel a hagyományos eszközök méretezésének kihívásai egyre nagyobbak” – állítják a kutatók a tanulmányban. „A benchmarking azt mutatja, hogy analóg számítási megközelítésünk 1000-szer nagyobb átviteli sebességet és 100-szor jobb energiahatékonyságot kínálhat, mint a legmodernebb digitális processzorok azonos pontosság mellett.”

Régi technológia, új trükk

Az analóg számítástechnika nem új keletű – éppen ellenkezőleg. Az 1901-ben Görögország partjainál felfedezett antiküthérai szerkezetet becslések szerint több mint 2000 évvel ezelőtt építették. A mechanizmus egymásba illeszkedő fogaskerekekkel végzett számításokat.

A modern számítástechnika történetében azonban az analóg technológiát a digitális processzorokhoz képest kivitelezhetetlen alternatívának tekintették. Ennek oka, hogy az analóg rendszerek az információk feldolgozásához folyamatos fizikai jelekre támaszkodnak – például feszültségre vagy elektromos áramra. Ezeket sokkal nehezebb pontosan szabályozni, mint a digitális számítógépek által használt két stabil állapotot (1 és 0).

Az analóg rendszerek előnye viszont a sebesség és a hatékonyság. Mivel nem kell a számításokat hosszú bináris kódsorokká bontaniuk – hanem a chip áramkörein fizikai műveletekként ábrázolják őket –, az analóg chipek egyszerre nagy mennyiségű információt tudnak feldolgozni, miközben sokkal kevesebb energiát fogyasztanak.

Ez különösen fontos az olyan adat- és energiaigényes alkalmazásokban, mint a mesterséges intelligencia, ahol a digitális processzorok korlátozottak abban, hogy mennyi információt tudnak egymás után feldolgozni, valamint a jövőbeli 6G kommunikációban, ahol a hálózatoknak hatalmas mennyiségű, egymást átfedő vezeték nélküli jelet kell valós időben feldolgozniuk.

A kutatók szerint a fejlesztés ismét életképessé tehetik az analóg számítástechnikát. A csapat a chip RRAM celláit két áramkörbe konfigurálta: az egyik gyors, de hozzávetőleges számításokat végzett, a másik pedig a következő iterációk során finomította és pontosította az eredményt, amíg pontosabb számot nem kapott. A chip ilyen módon történő konfigurálásával a csapat képes volt ötvözni az analóg számítások sebességét a digitális feldolgozáshoz általában társított pontossággal. Fontos, hogy a chipet ismert gyártási eljárással készítették, ami azt jelenti, hogy tömeggyártásra is alkalmas.

A kutatók szerint a chip áramköreinek jövőbeli fejlesztései még tovább növelhetik a teljesítményét. Következő céljuk nagyobb, teljesen integrált chipek építése, amik gyorsabban képesek kezelni a bonyolultabb problémákat.