Работают, как мозг: ученые создали новый тип процессоров в два раза мощнее обычных

Профессор Мюнхенского технического университета Хуссам Амруш разработал архитектуру чипов для искусственного интеллекта, которая в два раза мощнее аналогов, использующих традиционные компьютеры. Он опубликовал статью о своем достижении в журнале Nature Communications.

Чипы будущего должны быть быстрее и эффективнее, чем предыдущие, но в то же время не должны сильно нагреваться. Это важно для работы сложных алгоритмов в реальном времени, например, когда дрон находится в полете, ведь она требует большой производительности и много энергии.

Традиционно транзисторы в компьютерных чипах выполняют только вычисления, однако Хуссам Амруш придумал, как заставить их еще и хранить данные. По его словам, в результате увеличится как энергоэффективность, так и производительность.

Сам процессор профессор разработал в сотрудничестве со специалистами из компаний Bosch и Fraunhofer IMPS, он поддерживается в производственном процессе еще одной крупной компании — GlobalFoundries из США. Хуссам Амруш и его партнеры взяли принципы работы новой архитектуры чипов из биологии, а точнее — из работы человеческого мозга. В нем нейроны обрабатывают сигналы, а синапсы позволяют усваивать информацию — так люди учатся и выстраивают сложные взаимосвязи.

Для создания чипов нового типа инженеры использовали специальные сегнетоэлектрические полевые транзисторы (FeFET) — они выступают электронными переключателями, меняя электрические полюса, и могут сохранять информацию даже в случае отключения питания. Вдобавок, они позволяют одновременно хранить и обрабатывать данные без необходимости в отдельном чипе оперативной памяти. Созданные транзисторы имеют размер всего 28 нанометров, и таких на чипе помещаются миллионы.

Важно

Становится все страшнее. Neuralink готов доверить роботам вживлять свои чипы в мозг людей

Эффективность и мощность процессоров определяются показателем "тераопераций в секунду на ватт" (ТОПС/Вт) — сколько триллионов операций он может выполнить за секунду, если ему обеспечить мощность в один ватт. Новый чип может обеспечить производительность 885 TOPS/Вт, что делает его вдвое более мощным, чем аналогичные чипы искусственного интеллекта, включая чип MRAM от Samsung. Широко распространенные нынче чипы из комплементарных металлооксидных полупроводников (КМОП) работают в диапазоне 10–20 ТОП/Вт.

"Теперь мы можем создавать высокоэффективные наборы микросхем, которые можно использовать для таких приложений, как глубокое обучение, генеративный искусственный интеллект или робототехника, например, когда данные необходимо обрабатывать там, где они генерируются", — считает Хуссам Амруш.

Он предлагает использовать инновационные процессоры для запуска алгоритмов глубокого обучения, распознавания объектов в космосе или обработки данных от дронов в полете без временной задержки. Однако ученый считает, что первые чипы оперативной памяти по этой технологии, которые можно использовать на практике, появятся на рынке через 3–5 лет. Одна из причин задержки заключается в требованиях безопасности — разработчики должны сначала обеспечить стабильную работу элементов.

Ранее писали, что IBM разработала аналоговый чип для ИИ, работающий по принципу мозга человека. Инженеры решили использовать устройства резистивной памяти, чтобы уменьшить задержку и энергопотребление. Для этого они изготовили 14-нм чип с 64-мя ядрами, оединенных между собой с помощью особой внутренней сети.