合并內(nèi)存和計算 可編程芯片速度AI 削減功耗

通過改變計算的基本屬性，普林斯頓大學(xué)的研究人員已經(jīng)建立了一種新型的計算機芯片，可以提高性能并減少用于人工智能的系統(tǒng)的能量需求。

該芯片采用標準編程語言，在依賴高性能計算且電池壽命有限的手機，手表或其他設(shè)備上特別有用。

該芯片基于一種稱為內(nèi)存計算的技術(shù)，旨在消除主要的計算瓶頸，迫使計算機處理器花費時間和精力從存儲的內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)。內(nèi)存計算直接在存儲中執(zhí)行計算，從而實現(xiàn)更高的速度和效率。

該新芯片的發(fā)布，具有沿系統(tǒng)編程它，緊跟在先前的一份報告，在與ADI公司合作，研究人員已經(jīng)在內(nèi)存計算制造電路。電路的實驗室測試表明，該芯片的性能比同類芯片快幾十到幾百倍。但是，最初的芯片并未包含最新版本的所有組件，因此其功能有限。

在新公告中，電氣工程副教授Naveen Verma實驗室的研究人員報告稱，他們已將內(nèi)存電路集成到可編程處理器架構(gòu)中。該芯片現(xiàn)在可以使用常見的計算機語言，如C.

“以前的芯片是強大而強大的引擎，”Verma集團的研究生，芯片設(shè)計師之一的洪陽佳說。“這款芯片就是整車。”

雖然它可以在廣泛的系統(tǒng)中運行，但普林斯頓芯片旨在支持為深度學(xué)習(xí)推理算法設(shè)計的系統(tǒng)，這些算法允許計算機通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集來制定決策和執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)。深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)指導(dǎo)自動駕駛汽車，面部識別系統(tǒng)和醫(yī)療診斷軟件。

Verma表示，對于許多應(yīng)用而言，芯片的節(jié)能與性能提升同樣重要。這是因為預(yù)計許多AI應(yīng)用程序?qū)⒃谟梢苿与娫捇蚩纱┐麽t(yī)療傳感器等電池驅(qū)動的設(shè)備上運行。例如，Apple iPhone X已經(jīng)將AI芯片作為其電路的一部分。但是，如果可以通過需要它們的廣泛應(yīng)用程序訪問它們，那么節(jié)能和性能提升都是有用的 - 這就是對可編程性的需求所在。

“經(jīng)典的計算機體系結(jié)構(gòu)將處理數(shù)據(jù)的中央處理器與存儲數(shù)據(jù)的存儲器分開，”Verma說。“很多計算機的能量用于來回移動數(shù)據(jù)。”

在某種程度上，新芯片是對摩爾定律放緩承諾的回應(yīng)。1965年，英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾(Gordon Moore)觀察到，集成電路上的晶體管數(shù)量每年都翻了一番，業(yè)界也注意到這些晶體管在這個過程中變得更快，更節(jié)能。幾十年來，這些被稱為摩爾定律的觀察結(jié)果支撐著計算機變得越來越強大的轉(zhuǎn)變。但是近年來，晶體管并沒有像過去那樣不斷改進，而是遇到了物理學(xué)的基本限制。

專注于電路和系統(tǒng)設(shè)計的Verma考慮了在架構(gòu)級別而不是晶體管級別上的這種擠壓方式。如果AI可以在與計算機存儲器相同的位置進行，那么AI所需的計算將更加有效，因為它將消除用于獲取遠處存儲的數(shù)據(jù)的時間和能量。這將使計算機更快，而無需升級晶體管。但是創(chuàng)建這樣一個系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。存儲器電路設(shè)計得盡可能密集，以便打包大量數(shù)據(jù)。另一方面，計算要求將空間用于額外的晶體管。

一種選擇是用晶體管替代稱為電容器的電子元件。晶體管本質(zhì)上是使用電壓變化代表構(gòu)成二進制計算機信號的1和0的開關(guān)。他們可以使用1位和0位數(shù)組進行各種計算，這就是系統(tǒng)被稱為數(shù)字的原因。電容器存儲和釋放電荷，因此它們可以代表任何數(shù)字，而不僅僅是1和0。Verma意識到，使用電容器，他可以在比晶體管更密集的空間內(nèi)進行計算。

電容器也可以非常精確地制作在芯片上，遠遠超過晶體管。新設(shè)計將電容器與芯片上的靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)的傳統(tǒng)單元相配對。電容器和SRAM的組合用于對模擬(非數(shù)字)域中的數(shù)據(jù)進行計算，但是以可靠且易于包括可編程性特征的方式進行計算?，F(xiàn)在，存儲器電路可以以芯片中央處理單元指示的方式執(zhí)行計算。

“內(nèi)存計算近年來已經(jīng)顯示出許多承諾，真正解決了計算系統(tǒng)的能量和速度，”Verma說。“但最重要的問題是，這個承諾是否會擴展并且可以被系統(tǒng)設(shè)計人員用于我們真正關(guān)心的所有AI應(yīng)用程序。這使得可編程性成為必要。”