突破世紀(jì)難題，我國(guó)成功研制出這一芯片！

近日，北京大學(xué)人工智能研究院孫仲研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合集成電路學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)，成功研制出一款基于阻變存儲(chǔ)器的高精度、可擴(kuò)展模擬矩陣計(jì)算芯片。

該芯片首次在精度上達(dá)到可與數(shù)字計(jì)算媲美的水平，將傳統(tǒng)模擬計(jì)算的準(zhǔn)確度提升了五個(gè)數(shù)量級(jí)，并實(shí)現(xiàn)了24位定點(diǎn)精度。

這一成果意味著我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在模擬計(jì)算領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了真正意義上的突破，也為后摩爾時(shí)代的計(jì)算架構(gòu)轉(zhuǎn)型提供了全新的技術(shù)方向。

相關(guān)成果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature Electronics》。（期刊鏈接：使用電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器芯片求解精確且可擴(kuò)展的模擬矩陣方程 |自然電子）

圖源：AI生成

傳統(tǒng)的模擬計(jì)算雖然速度快，但精度低、難擴(kuò)展。精度一直模擬計(jì)算的核心瓶頸，長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是全球性的世紀(jì)難題。

數(shù)字計(jì)算憑借高精度和可編程性逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，但它的計(jì)算速度受到“內(nèi)存墻”限制，算力密度與能效提升空間有限，已成為人工智能、科學(xué)計(jì)算和6G通信等高負(fù)載任務(wù)的瓶頸。

為了打破這一困局，孫仲團(tuán)隊(duì)提出了一種融合創(chuàng)新的新方案。

他們結(jié)合模擬低精度矩陣求逆與高精度矩陣向量乘法運(yùn)算，構(gòu)建出基于阻變存儲(chǔ)器陣列的高精度、可擴(kuò)展全模擬矩陣方程求解器。

這一架構(gòu)采用晶圓廠制造的三位阻變存儲(chǔ)芯片，并通過分塊矩陣算法實(shí)現(xiàn)24位定點(diǎn)精度，相當(dāng)于32位浮點(diǎn)數(shù)（FP32）精度。

在實(shí)驗(yàn)中，芯片成功完成了16×16矩陣求逆運(yùn)算，矩陣方程求解經(jīng)過10次迭代后，相對(duì)誤差可低至10??量級(jí)。僅需三次迭代即可達(dá)到與FP32數(shù)字處理器相當(dāng)?shù)木缺憩F(xiàn)。

圖源：期刊正文

性能方面的提升同樣令人驚訝。測(cè)試顯示，在求解32×32矩陣求逆時(shí)，這款芯片的算力已超越高端GPU的單核性能，當(dāng)矩陣規(guī)模擴(kuò)大至128×128時(shí)，計(jì)算吞吐量更是達(dá)到頂級(jí)數(shù)字處理器（GPU）的1000倍以上，能效提升超過100倍。

換句話說，傳統(tǒng)GPU干一天的活，這顆芯片一分鐘就能完成。

未來的6G通信中，該芯片能讓基站以更低的能耗實(shí)時(shí)處理海量天線信號(hào)，顯著提升網(wǎng)絡(luò)容量與能效；在人工智能領(lǐng)域，它有望加速大模型訓(xùn)練中計(jì)算密集的二階優(yōu)化算法，顯著縮短訓(xùn)練時(shí)間。

同時(shí)，這種低功耗特性使其具備在終端設(shè)備上直接運(yùn)行復(fù)雜AI模型的能力，減少對(duì)云端算力的依賴，推動(dòng)邊緣計(jì)算向更高階段發(fā)展。

圖源：期刊正文

除了北大的突破外，復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)也傳來捷報(bào)。

他們研發(fā)出全球首顆二維-硅基混合架構(gòu)芯片，相關(guān)成果發(fā)表在《Nature》雜志上。這款芯片將二維超快閃存與成熟的CMOS工藝深度融合，攻克了二維信息器件工程化和存儲(chǔ)速率的技術(shù)難題，首次實(shí)現(xiàn)了混合架構(gòu)的工程化流片。（原文：通過系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)的全功能 2D 閃存芯片 |自然界）

根據(jù)復(fù)旦大學(xué)的介紹，這顆芯片的性能“碾壓”當(dāng)前的Flash閃存技術(shù)，全片測(cè)試顯示支持8位指令操作、32位并行與隨機(jī)尋址，良率高達(dá)94.34%，展現(xiàn)出極強(qiáng)的工程落地能力。