智能芯片可將計算能源消耗減少高達 5,000 倍
意大利研究人員最近開發出一種新型智能芯片，可以大大降低能耗，同時加速高性能計算系統和數據中心的計算。這款新穎的設備由米蘭理工大學電子、信息和生物工程系教授 Daniele lelmini 博士領導的研究小組創建，展示了一種不同的計算機架構方法。它強調了模擬內存計算如何通過減少在內存和處理器之間連續移動數據的需要來克服現代計算機最關鍵的限制之一。 “集成芯片展示了內存中的模擬計算等革命性概念在工業規模上的可行性，”該研究的通訊作者 Ielmini 指出。新芯片是一款完全集成的模擬加速器。科學家們的工作是 ERC 資助的 ANIMATE（採用先進設備技術的模擬內存計算）項目的一部分。該計劃於 2022 年獲得預付款，在五年內提供高達 290 萬美元（250 萬歐元）的資金。據該團隊介紹，傳統數字計算機由於計算以及數據必須在內存和處理單元之間反复移動而消耗大量能源。與此同時，內存計算通過直接在內存陣列內執行計算來解決這種低效率問題，從而顯著減少內部數據流量。該芯片通過引線鍵合到載體芯片上進行測試和表徵。圖片來源：米蘭理工大學 ANIMATE 項目旨在設計設備技術、電路和系統架構，以及用於驗證 CL-IMC 的應用程序。它是通過國際合作進行的，其中包括北京大學的科學家。該項目基於 Ielmini 在閉環內存計算 (CL-IMC) 方面的初步工作，突出了其計算速度更快的潛力，同時使用的能源比數字系統少 5,000 倍。新芯片是一款完全集成的模擬加速器，可以求解線性和非線性方程組。它採用標準 CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術製成，與現有的矽製造工藝兼容。計算的未來 該器件採用兩個 64 x 64 可編程電阻存儲單元陣列。這些數組的功能類似於有序網格。每個交叉點代表一個記憶元素。這些單元基於 SRAM（靜態隨機存取存儲器），這是一種快速且穩定的存儲器。對於該芯片，科學家們將其與集成電阻器結合起來，以編程不同級別的電阻。同時，芯片的架構通過片上模擬部件得到增強，其中包括運算放大器和模數轉換器。由於它在內存本身內部執行計算，因此該芯片可以處理複雜的計算，而無需依賴外部處理器。該芯片安裝在用於研究實驗的表徵板上。圖片來源：米蘭理工大學 在測試中，該芯片與傳統數字系統的精度相匹配。然而，它消耗的電力較少。它還提供了更低的計算延遲，並且需要更小的芯片佔用空間。 “我們已經在努力將這項創新應用於現實世界的應用中，以降低計算的能源成本，特別是在人工智能領域，”Ielmini 在一份新聞稿中總結道。該技術非常適合人工智能、大數據處理和先進無線系統等高性能、節能任務。潛在用途包括機器人、導航系統、數據中心以及未來的 5G 和 6G 網絡。該研究已發表在《自然電子》雜誌上。
已发布: 2026-01-21 14:07:00
