新的集成式3D電路架構(gòu)帶有螺旋式內(nèi)存可實(shí)現(xiàn)更高效的AI

東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員設(shè)計(jì)并建造了專門的計(jì)算機(jī)硬件，該計(jì)算機(jī)硬件由以3D螺旋形式排列的用于人工智能(AI)應(yīng)用的存儲(chǔ)模塊堆棧組成。這項(xiàng)研究可能為下一代節(jié)能AI設(shè)備開辟道路。

機(jī)器學(xué)習(xí)是一種AI，它允許通過示例數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行培訓(xùn)，從而對(duì)新實(shí)例進(jìn)行預(yù)測(cè)。例如，像Alexa這樣的智能揚(yáng)聲器算法可以學(xué)習(xí)理解您的語音命令，因此即使您是第一次請(qǐng)求，它也可以理解您。但是，人工智能往往需要大量的電能來訓(xùn)練，這引發(fā)了人們對(duì)增加氣候變化的擔(dān)憂。

現(xiàn)在，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的科學(xué)家們開發(fā)出了一種新穎的設(shè)計(jì)，用于將電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)模塊與氧化物半導(dǎo)體(IGZO)存取晶體管堆疊成三維螺旋。將片上非易失性存儲(chǔ)器放置在靠近處理器的位置，可以使機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程更快，更節(jié)能。這是因?yàn)榕c常規(guī)計(jì)算機(jī)硬件相比，電信號(hào)的傳播距離要短得多。堆疊多層電路是很自然的步驟，因?yàn)橛?xùn)練算法通常需要許多操作同時(shí)并行進(jìn)行。

對(duì)于這些應(yīng)用，通常將每一層的輸出連接到下一層的輸入。我們的體系結(jié)構(gòu)極大地減少了互連布線的需求。”第一作者吳繼宣說。

通過實(shí)施二值化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該團(tuán)隊(duì)能夠使設(shè)備更加節(jié)能。不允許參數(shù)為任何數(shù)字，而是將其限制為+1或-1。這既大大簡化了使用的硬件，又壓縮了必須存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量。他們使用AI中的一項(xiàng)常見任務(wù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試，解釋了手寫數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫?？茖W(xué)家表明，增加每個(gè)電路層的大小可以提高算法的準(zhǔn)確性，最大可達(dá)到90%左右。

高級(jí)作者M(jìn)asaharu Kobayashi解釋說：“為了在AI越來越集成到日常生活中時(shí)降低能耗，我們需要更專業(yè)的硬件來有效地處理這些任務(wù)。”