據(jù)科技日報報道，我國成功研發(fā)新型芯片算力可超頂級GPU千倍，突破模擬計算世紀難題。

近日，北京大學(xué)人工智能研究院孫仲研究員團隊聯(lián)合集成電路學(xué)院研究團隊，成功研制出基于阻變存儲器的高精度、可擴展模擬矩陣計算芯片，首次實現(xiàn)了在精度上可與數(shù)字計算媲美的模擬計算系統(tǒng)。

該芯片在求解大規(guī)模MIMO信號檢測等關(guān)鍵科學(xué)問題時，計算吞吐量與能效較當前頂級數(shù)字處理器（GPU）提升百倍至千倍。

相關(guān)論文于10月13日刊發(fā)于《自然·電子學(xué)》期刊。

我們熟悉的通信基站信號處理、AI大模型訓(xùn)練參數(shù)優(yōu)化等，本質(zhì)都是在解復(fù)雜的矩陣方程。采用數(shù)字方法實現(xiàn)高精度矩陣求逆的計算開銷極大，耗時長、能耗高。

于是，曾被視為老舊技術(shù)的模擬計算重新進入研究視野，它直接利用物理定律實現(xiàn)并行運算，延時低、功耗低，在算力瓶頸背景下，具有先天優(yōu)勢。

但如何讓模擬計算兼具高精度與可擴展性，從而在現(xiàn)代計算任務(wù)中發(fā)揮其先天優(yōu)勢，一直是困擾全球科學(xué)界的世紀難題。

孫仲團隊選擇了一條融合創(chuàng)新的道路，通過新型信息器件、原創(chuàng)電路和經(jīng)典算法的協(xié)同設(shè)計，構(gòu)建了一個基于阻變存儲器陣列的高精度、可拓展的全模擬矩陣方程求解器，首次將模擬計算的精度提升至24位定點精度。

孫仲介紹，研究團隊基于迭代算法，結(jié)合了模擬低精度矩陣求逆和模擬高精度矩陣-向量乘法運算，開發(fā)了一種基于全模擬矩陣運算的高精度矩陣方程求解方案，先快速算出矩陣方程的“近似解”，再用“位切片”方法，實現(xiàn)迭代細化。

在計算精度方面，團隊在實驗上成功實現(xiàn)16×16矩陣的24比特定點數(shù)精度求逆，矩陣方程求解經(jīng)過10次迭代后，相對誤差可低至10??量級。

在計算性能方面，在求解32×32矩陣求逆問題時，其算力已超越高端GPU的單核性能；當問題規(guī)模擴大至128×128時，計算吞吐量更達到頂級數(shù)字處理器的1000倍以上。同時，該方案在相同精度下能效比傳統(tǒng)數(shù)字處理器提升超100倍，為高能效計算中心提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

團隊將它應(yīng)用到了“大規(guī)模MIMO（多輸入多輸出）信號檢測”中——僅用3次迭代，恢復(fù)的圖像就和原始圖像高度一致，誤碼率和32位數(shù)字計算效果相當，凸顯其在實時信號處理中的潛力。

“我們證明，模擬計算能以極高效率和精度解決現(xiàn)代科學(xué)和工程中的核心計算問題?！?/p>

孫仲強調(diào)，這項突破的應(yīng)用前景廣闊，可賦能多元計算場景，有望重塑算力格局。團隊的研究為算力提升探索出一條極具潛力的路徑，有望打破數(shù)字計算的長期壟斷，開啟一個算力無處不在且綠色高效的新時代。

來源：科技日報

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