恭喜，南京大學(xué)刷新紀(jì)錄！最高計(jì)算精度模擬存算一體芯片-78.5℃和180℃環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行

模擬計(jì)算由于在能效和速度方面具備顯著優(yōu)勢，近年來在AI硬件領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。記者10日從南京大學(xué)獲悉，該校類腦智能科技研究中心研究團(tuán)隊(duì)提出了一種高精度模擬存內(nèi)計(jì)算方案，并以此為基礎(chǔ)，研發(fā)出一款基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝的模擬存算一體芯片。測試數(shù)據(jù)表明，該芯片創(chuàng)下了模擬存內(nèi)計(jì)算領(lǐng)域的最高精度紀(jì)錄。相關(guān)成果近日刊發(fā)于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》。

“盡管模擬計(jì)算硬件具有高能效和高并行的優(yōu)勢，但當(dāng)前仍普遍面臨計(jì)算精度低、計(jì)算穩(wěn)定性不足的挑戰(zhàn)。”論文共同通訊作者、南京大學(xué)類腦智能科技研究中心主任繆峰教授介紹。

此次研究中，科研團(tuán)隊(duì)提出了一種高精度模擬存內(nèi)計(jì)算實(shí)現(xiàn)方案?！拔覀儗⒛M計(jì)算權(quán)重的實(shí)現(xiàn)方式，從易受環(huán)境干擾的物理狀態(tài)參數(shù)，轉(zhuǎn)換到高度穩(wěn)定的器件幾何尺寸比，從而突破了限制模擬計(jì)算精度提升的瓶頸。”論文共同第一作者、南大博士王聰說。

基于這一思想，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了高精度模擬存算一體電路架構(gòu)，并進(jìn)行了流片驗(yàn)證。

“在此過程中，我們采用了一種權(quán)值重映射技術(shù)，進(jìn)一步提高芯片的計(jì)算精度?！笨姺褰榻B，該芯片在并行向量矩陣乘法運(yùn)算中實(shí)現(xiàn)了僅0.101%的均方根誤差，創(chuàng)下了模擬向量-矩陣乘法運(yùn)算精度的最高紀(jì)錄。

論文共同通訊作者、南京大學(xué)教授梁世軍介紹，該芯片在-78.5℃和180℃的極端環(huán)境下依然能穩(wěn)定運(yùn)行，矩陣計(jì)算的均方根誤差分別維持在0.155%和0.130%的水平。此外，研究團(tuán)隊(duì)也在強(qiáng)磁場環(huán)境中對(duì)芯片輸出電流進(jìn)行了測量。結(jié)果顯示，芯片核心單元的輸出電流相較于無磁場條件的變化不超過0.21%。

“這些結(jié)果證實(shí)了高精度模擬計(jì)算方案在極端環(huán)境下的可靠性?！笨姺逭J(rèn)為，這項(xiàng)突破是模擬存內(nèi)計(jì)算技術(shù)邁向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵一步，有望推動(dòng)低功耗、高精度AI硬件技術(shù)的落地。

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