北京大學研究人員表示，其電阻隨機存取存儲芯片的運算速度可能比英偉達H100和AMD Vega 20圖形處理器快1000倍。

中國科學家研發(fā)出一款創(chuàng)新芯片，其特殊之處在于采用模擬計算模式 —— 通過自身物理電路直接進行運算，而非依賴傳統(tǒng)數(shù)字處理器的二進制編碼。

更引人注目的是，研發(fā)團隊宣稱這款芯片的性能最高可達英偉達和AMD頂級圖形處理器的1000倍。

在發(fā)表于《自然·電子學》的研究論文中，北京大學研究團隊指出該芯片攻克了兩大技術瓶頸：數(shù)字芯片在人工智能和6G等新興領域面臨的能耗與數(shù)據(jù)限制，以及困擾模擬計算長達百年的精度不足與實用性欠缺難題。

在處理復雜通信問題（包括大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)涉及的矩陣求逆問題）時，該芯片在保持與標準數(shù)字處理器相同精度的前提下，能耗降低約100倍。

研究人員表示，經(jīng)過參數(shù)調整后，該芯片性能大幅超越英偉達H100和AMD Vega 20等高端GPU，提升幅度達千倍。這兩款GPU在人工智能模型訓練領域占據(jù)重要地位 —— 例如英偉達H100正是OpenAI訓練ChatGPT所用A100顯卡的升級版本。

這款創(chuàng)新芯片采用電阻隨機存取存儲器單元陣列，通過調控電流通過每個單元的難易程度來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲與處理。

與采用二進制計算的數(shù)字處理器不同，這種模擬設計通過RRAM單元網(wǎng)絡中的連續(xù)電流處理信息。由于直接在硬件內部完成數(shù)據(jù)處理，該芯片避免了在處理器與外部存儲源之間傳輸信息的高能耗操作。

研究人員在論文中指出："隨著海量數(shù)據(jù)應用場景的興起，數(shù)字計算機面臨嚴峻挑戰(zhàn)，特別是在傳統(tǒng)設備縮放日益困難的情況下?；鶞蕼y試表明，在相同精度要求下，我們的模擬計算方法比最先進的數(shù)字處理器吞吐量高出1000倍，能效提升100倍。"

古老技術的新生

模擬計算并非新鮮概念 —— 恰恰相反。1901年在希臘海岸發(fā)現(xiàn)的安提基特拉機械裝置，經(jīng)考證距今已有2000多年歷史，該裝置通過相互嚙合的齒輪系統(tǒng)進行計算。

然而在現(xiàn)代計算發(fā)展史上，模擬技術長期被視為不切實際的替代方案。這是因為模擬系統(tǒng)依賴連續(xù)物理信號（如電壓或電流）處理信息，相較于數(shù)字計算機采用的穩(wěn)定二元狀態(tài)（1和0），其精確控制難度顯著增加。

模擬系統(tǒng)的優(yōu)勢在于速度與效率。由于無需將計算任務分解為冗長的二進制代碼，而是通過芯片電路上的物理操作直接呈現(xiàn)，模擬芯片能夠以更低能耗同時處理海量信息。

這一特性在數(shù)據(jù)密集型和能耗敏感型應用場景中極具價值：無論是面臨串行處理能力瓶頸的人工智能領域，還是需要實時處理海量重疊無線信號的未來6G通信網(wǎng)絡。

研究人員指出，存儲器硬件的最新進展使模擬計算重新煥發(fā)活力。該團隊將芯片的RRAM單元配置為雙電路結構：第一電路實現(xiàn)快速近似計算，第二電路通過迭代運算對結果進行持續(xù)優(yōu)化，最終獲得精確數(shù)值。

這種創(chuàng)新架構使研究團隊成功融合了模擬計算的高速度與數(shù)字處理的高精度。更重要的是，該芯片采用商用生產(chǎn)工藝制造，意味著具備大規(guī)模量產(chǎn)潛力。

研究人員表示，未來對芯片電路的進一步優(yōu)化將帶來更大性能提升。他們的下一個目標是開發(fā)更大規(guī)模的全集成芯片，以應對更復雜的實時計算任務。

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