Працюють, як мозок: учені створили новий тип процесорів, удвічі потужніший за звичайні

Професор Мюнхенського технічного університету Хуссам Амруш розробив архітектуру чипів для штучного інтелекту вдвічі потужніших за аналоги, що використовують традиційні комп'ютери. Він опублікував статтю про своє досягнення в журналі Nature Communications.

Чипи майбутнього мають бути швидшими та ефективнішими, ніж попередні, але водночас не повинні сильно нагріватися. Це важливо для роботи складних алгоритмів у реальному часі, наприклад, коли дрон перебуває в польоті, адже вона вимагає великої продуктивності та багато енергії.

Традиційно транзистори в комп'ютерних чипах виконують тільки обчислення, проте Хуссам Амруш придумав, як змусити їх ще й зберігати дані. За його словами, в результаті збільшиться як енергоефективність, так і продуктивність.

Сам процесор професор розробив у співпраці з фахівцями з компаній Bosch і Fraunhofer IMPS, він підтримується у виробничому процесі ще однією великою компанією — GlobalFoundries зі США. Хуссам Амруш і його партнери взяли принципи роботи нової архітектури чипів з біології, а точніше — з роботи людського мозку. У ньому нейрони обробляють сигнали, а синапси дають змогу засвоювати інформацію — так люди вчаться і вибудовують складні взаємозв'язки.

Для створення чипів нового типу інженери використовували спеціальні сегнетоелектричні польові транзистори (FeFET) — вони виступають електронними перемикачами, змінюючи електричні полюси, і можуть зберігати інформацію навіть у разі відключення живлення. До того ж вони дають змогу одночасно зберігати й обробляти дані без необхідності в окремому чипі оперативної пам'яті. Створені транзистори мають розмір лише 28 нанометрів, і таких на чипі вміщуються мільйони.

Ефективність і потужність процесорів визначаються показником "тераоперацій на секунду на ват" (ТОПС/Вт) — скільки трильйонів операцій він може виконати за секунду, якщо йому забезпечити потужність в один ват. Новий чип може забезпечити продуктивність 885 TOPS/Вт, що робить його вдвічі потужнішим за аналогічні чипи штучного інтелекту, включно з чипом MRAM від Samsung. Широко поширені нині чипи з комплементарних металооксидних напівпровідників (КМОН) працюють у діапазоні 10–20 ТОП/Вт.

"Тепер ми можемо створювати високоефективні набори мікросхем, які можна використовувати для таких застосувань, як глибоке навчання, генеративний штучний інтелект або робототехніка, наприклад, коли дані необхідно обробляти там, де вони генеруються", — вважає Хуссам Амруш.

Він пропонує використовувати інноваційні процесори для запуску алгоритмів глибокого навчання, розпізнавання об'єктів у космосі або обробки даних від дронів у польоті без часової затримки. Однак учений вважає, що перші чипи оперативної пам'яті за цією технологією, які можна використовувати на практиці, з'являться на ринку через 3–5 років. Одна з причин затримки полягає у вимогах безпеки — розробники мають спочатку забезпечити стабільну роботу елементів.

Раніше писали, що IBM розробила аналоговий чип для ШІ, що працює за принципом мозку людини. Інженери вирішили використовувати пристрої резистивної пам'яті, щоб зменшити затримку та енергоспоживання. Для цього вони виготовили 14-нм чип із 64-ма ядрами, з'єднаних між собою за допомогою особливої внутрішньої мережі.