Ученые разработали энергоэффективный чип для искусственного интеллекта

Основная идея проста: в отличие от прежних микросхем, где на транзисторах производились только вычисления, теперь они являются еще и местом хранения данных. Это позволяет экономить время и энергию.

В результате повышается и производительность чипов, — говорит Хуссам Амрух, профессор кафедры проектирования процессоров искусственного интеллекта Мюнхенского технического университета (TUM).

Транзисторы, на которых он выполняет вычисления и хранит данные, имеют размер всего 28 нанометров, а в каждом из новых ИИ-чипов их размещены миллионы». Чипы будущего должны быть быстрее и эффективнее предыдущих. Соответственно, они не смогут так же быстро нагреваться. Это необходимо для поддержки таких приложений, как, например, расчеты в реальном времени при полете беспилотника. «Подобные задачи чрезвычайно сложны и энергоемки для компьютера», — поясняет профессор.

Современные микросхемы: много шагов, низкое энергопотребление

Эти ключевые требования к чипу математически выражаются параметром TOPS/W или тераопераций в секунду на ватт.

Этот параметр можно рассматривать как валюту для чипов будущего. Вопрос заключается в том, сколько триллионов операций (TOP) может выполнить процессор в секунду (S) при мощности в один ватт (W). Новый ИИ-чип, разработанный в сотрудничестве Bosch и Fraunhofer IMPS и поддерживаемый в процессе производства американской компанией GlobalFoundries, способен выполнять 885 TOPS/W.

Это делает его вдвое более мощным по сравнению с аналогичными чипами ИИ, включая чип MRAM компании Samsung. Широко используемые в настоящее время КМОП-чипы работают в диапазоне 10-20 TOPS/W. Об этом свидетельствуют результаты, недавно опубликованные в журнале Nature.

Вычисления в памяти работают как человеческий мозг

Принцип работы современной архитектуры микросхем исследователи позаимствовали у человека.

В мозге нейроны обрабатывают сигналы, а синапсы способны запоминать эту информацию, — говорит Амрух, рассказывая о том, как люди способны учиться и вспоминать сложные взаимосвязи.

Для этого в чипе используются «ферроэлектрические» (FeFET) транзисторы. Это электронные переключатели, обладающие специальными дополнительными характеристиками (переключение полюсов при подаче напряжения) и способные сохранять информацию даже при отключении от источника питания.

Кроме того, они обеспечивают одновременное хранение и обработку данных внутри транзисторов.

Теперь мы можем создавать высокоэффективные чипсеты, которые можно использовать, например, в таких приложениях, как глубокое обучение, генеративный ИИ или робототехника, где данные необходимо обрабатывать там же, где они генерируются, — считает Амрух.

Для создания готовых к продаже чипов потребуется междисциплинарное сотрудничество

Цель состоит в том, чтобы использовать чип для запуска алгоритмов глубокого обучения, распознавания объектов в космосе или обработки данных с беспилотников в полете без временной задержки. Однако профессор из интегрированного Мюнхенского института робототехники и машинного интеллекта (MIRMI) при TUM считает, что до достижения этой цели пройдет несколько лет.

По его мнению, до появления первых чипов с памятью, пригодных для реального применения, пройдет не более трех-пяти лет. Причина этого, в частности, кроется в требованиях промышленности к безопасности. Для того чтобы подобная технология могла быть использована, например, в автомобильной промышленности, недостаточно только ее надежного функционирования.

Она также должна отвечать специфическим критериям данной отрасли.

Это еще раз подчеркивает важность междисциплинарного сотрудничества с исследователями из различных областей, таких как информатика, информатика и электротехника, — заключает эксперт по аппаратному обеспечению Амрух.

Он считает это особой сильной стороной MIRMI.

26.10.2023


Подписаться в Telegram



Net&IT

Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр

В сериале Звездный путь: Следующее поколение к...

Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений
Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений

Квантовые системы, используемые в квантов...

Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек

Еще один балл в пользу искусственного инт...

Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее

Несколько лет назад исследователи Массачу...

Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам
Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам

Органические оптоэлектронные устройства, такие...

PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить
PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить

Атанасиос С. Фокас рассматривает актуальный во...

Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания
Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания

В новом исследовании, опубликованном 18 декабр...

Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей
Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей

Искусственный интеллект, разработанный для&nbs...

Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности
Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности

Ученые Рочестерского университета разработали ...

Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта
Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта

Многофункциональные компьютерные чипы эволюцио...

Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»
Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»

Стартовал отборочный этап Международного техно...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи

Новости компаний, релизы

Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Минералоги СПбГУ нашли на острове Диско возможный источник фосфора для возникновения первых живых организмов
Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения
Астрономы СПбГУ узнали возраст одного из самых мощных метеорных потоков