Kínai tudósok egy új, analóg alapú chipet fejlesztettek ki, amely alapvetően eltér a hagyományos digitális processzoroktól. Ez az innovatív eszköz nem a megszokott bináris 1-esek és 0-ák segítségével végzi a számításokat, hanem saját fizikai áramköreiben dolgozza fel az információt. A kutatók szerint az új chip akár ezerszer gyorsabb lehet a jelenlegi csúcskategóriás grafikus processzoroknál (GPU), mint amilyeneket az Nvidia és az AMD gyárt.
A kutatás háttere és jelentősége
Az október 13-án megjelent tanulmány a Nature Electronics folyóiratban részletezi a pekingi egyetem kutatóinak eredményeit. A fejlesztés két kulcsfontosságú problémát old meg:
- a digitális chipek energia- és adatfeldolgozási korlátait az olyan új területeken, mint a mesterséges intelligencia (AI) és a 6G kommunikációs technológia,
- az analóg számítástechnika évszázados pontossági és gyakorlati alkalmazhatósági nehézségeit.
A chip különösen jól teljesített összetett kommunikációs feladatokban, például mátrixinverziós problémák megoldásában, amelyek a tömeges többantenna-rendszerek (MIMO) alapját képezik. Ezekben a tesztekben az analóg chip ugyanolyan pontosságot ért el, mint a hagyományos digitális processzorok, miközben körülbelül százszor kevesebb energiát használt fel.
Az analóg chip működési elve és előnyei
Az új eszköz alapját ellenállás-alapú véletlen elérésű memória (RRAM) cellák alkotják. Ezek a cellák úgy tárolják és dolgozzák fel az adatokat, hogy szabályozzák az elektromos áram áramlását minden egyes cellán keresztül.
Ellentétben a digitális processzorokkal, amelyek bináris jelekkel (1-esekkel és 0-ákkal) dolgoznak, az analóg chip folyamatos elektromos áramokat használ információfeldolgozásra az RRAM cellák hálózatán keresztül. Ez azt jelenti, hogy az adatfeldolgozás közvetlenül a hardveren belül történik, így elkerülhetővé válik az energiaigényes adatmozgatás a processzor és külső memória között.
Teljesítménybeli áttörés: akár 1000-szeres gyorsulás
A kutatók szerint az analóg chip konfigurálásával sikerült elérniük, hogy két különböző áramkör működjön együtt:
- egy gyors, de közelítő számításokat végző áramkör,
- egy második áramkör, amely finomhangolja és pontosítja az eredményt ismételt iterációkon keresztül.
Ezzel a megoldással kombinálták az analóg számítási sebességet a digitális feldolgozás pontosságával. A kutatók állítása szerint így a chip teljesítménye akár ezerszer meghaladhatja a legmodernebb GPU-két, mint például az Nvidia H100 vagy az AMD Vega 20. Ezek a GPU-k jelenleg is kulcsszerepet játszanak AI modellek képzésében; például az Nvidia H100 az OpenAI ChatGPT tréningjéhez használt A100 kártya továbbfejlesztett változata.
Az analóg számítástechnika múltja és jövője
Bár az analóg számítástechnika nem új találmány – hiszen több mint kétezer évvel ezelőtt már létezett ilyen technológia, például az ókori görögök által készített Antikythera mechanizmus –, a modern korban hosszú ideig háttérbe szorult. Ennek oka főként az volt, hogy az analóg rendszerek folyamatos fizikai jelekkel dolgoznak (például feszültség vagy elektromos áram), amelyek nehezebben szabályozhatók pontosan, mint a digitális rendszerek stabil bináris állapotai.
Ugyanakkor az analóg rendszerek előnyei között szerepel a nagy sebesség és energiahatékonyság. Mivel nem kell bonyolult bináris kódokká bontaniuk a számításokat, hanem közvetlen fizikai műveleteket végeznek az áramkörökön belül, egyszerre nagy mennyiségű információt képesek feldolgozni alacsony energiafelhasználás mellett.
Jelentőség AI és 6G alkalmazásokban
Ezek a tulajdonságok különösen fontosak olyan területeken, ahol hatalmas adatmennyiségek feldolgozására van szükség – ilyen például a mesterséges intelligencia vagy a jövőbeni 6G hálózatok. Az utóbbiaknál például valós időben kell kezelniük nagyszámú átfedő vezeték nélküli jelet.
A kutatók hangsúlyozták: „A hatalmas adatmennyiséget igénylő alkalmazások növekedésével komoly kihívást jelentenek a digitális számítógépek számára különösen akkor, amikor a hagyományos eszközméretezés egyre nehezebbé válik.” A benchmark tesztek alapján pedig kimutatták, hogy ez az analóg számítási megközelítés akár ezerszer nagyobb átviteli sebességet és százszoros energiahatékonyságot kínálhat ugyanazon pontosság mellett.
A jövő perspektívái
A chip kereskedelmi gyártási folyamat során készült, ami azt jelenti, hogy potenciálisan tömeggyártásba is vonható. A kutatócsoport tervei között szerepel nagyobb méretű, teljesen integrált chipek fejlesztése is, amelyek még összetettebb problémákat képesek lesznek gyorsabban megoldani.
A jövőbeni fejlesztések tovább növelhetik majd ennek az innovatív technológiának a teljesítményét és alkalmazhatóságát – ami új távlatokat nyithat meg mindazok számára, akik mesterséges intelligenciával vagy modern kommunikációs rendszerekkel foglalkoznak.