В Италия създадоха аналогов чип, който се оказа 5000 пъти по-ефективен от цифровите решения

В Италия е създаден прототип на аналогов процесор за хилядократно ускоряване на обработката на данни в роботиката, изкуствения интелект и големите масиви от данни. Изчисленията се извършват в паметта на процесора без препращане на данни, като се демонстрира до 5000 пъти по-ниска консумация от цифровите аналози.

Изследователите отдавна се насочват към изчисления в паметта, за да намалят енергийния бюджет на компютрите за изпращане на данни от паметта към процесора и обратно. Това е характерно за класическата архитектура на фон Нойман „тясно място“, което води до по-ниска латентност и по-висока консумация на енергия. Изчисленията с памет обещават да бъдат особено перспективни за изпълнението на операции от ниско ниво на линейната алгебра, които изискват интензивна обработка на данни, по-специално операции с матрици и вектори.

По-рано умножението на матрица по вектор вече беше успешно демонстрирано в такива системи, докато реализацията на умножението на обратна матрица по вектор е по-трудна задача поради високата сложност на схемата. Изследователи от Политехническия университет в Милано (Politecnico di Milano) представиха интегриран аналогов ускорител със затворена обратна връзка, предназначен за двете тези операции.

Устройството е реализирано на базата на статична памет с произволен достъп (SRAM) и е изработено по 90 nm CMOS технология.

Разработеният чип съдържа два масива с памет в размер 64 × 64, комбинирани в аналогов контур за обратна връзка с помощта на интегрирани операционни усилватели, цифрово-аналогови и аналогово-цифрови преобразуватели. Тази архитектура позволява операциите по инвертиране на матрици да се извършват директно в паметта, без да е необходимо данните да се прехвърлят към външни изчислителни блокове.

Експериментално е доказано, че ускорителят може ефективно да решава системи диференциални уравнения чрез рекурсивно блоково инвертиране, като демонстрира икономия на потребление до 5000 пъти в сравнение с цифровите аналози на тези схеми.

Масивите с памет се основават на ReRAM резистивни клетки на паметта, които схематично са свързани с SRAM клетките. ReRAM клетката определено е аналогов елемент, който дава тон на цялата нова платформа. Трябва да се каже също, че тази европейска разработка се основава на проектите на учени от Пекинския университет, които също публикуват научни статии по същата тема. Като цяло това е пример за международно сътрудничество, което решава общия проблем за повишаване на ефективността на високопроизводителните изчисления.

Практическата приложимост на предложеното решение е демонстрирана върху задачите за проследяване на траекторията на ракета с помощта на филтъра на Калман, както и върху ускоряването на изчисленията на обратната кинематика в роботизирани манипулатори. Получените резултати са сравними по точност с напълно цифрови системи при еквивалентен цифров капацитет, докато аналоговият подход с изчисления в паметта осигурява увеличение на латентността, консумацията на енергия и площта на чипа.