Группа исследователей, включая инженеров Массачусетского университета в Амхерсте, доказала, что их аналоговое вычислительное устройство под названием мемристор может выполнять сложные научные задачи, обходя ограничения цифровых вычислений. Многие из современных важных научных вопросов — от моделирования наноразмерных материалов до крупномасштабных климатических исследований — могут быть исследованы с помощью сложных уравнений. Однако современные цифровые вычислительные системы достигают своего предела для выполнения этих вычислений с точки зрения скорости, энергопотребления и инфраструктуры. Цянфэй Ся (Qiangfei Xia), профессор кафедры электротехники и вычислительной техники UMass Amherst и один из авторов-корреспондентов исследования, опубликованного в журнале Science, объясняет, что при существующих методах вычислений каждый раз, когда вы хотите сохранить информацию или дать компьютеру задание, требуется перемещение данных между памятью и вычислительными блоками. При выполнении сложных задач, в которых перемещаются большие объемы данных, возникает своеобразная «пробка». Одним из способов решения этой проблемы в традиционных вычислительных системах является увеличение пропускной способности. Вместо этого Ся и его коллеги из Университета Массачусетса в Амхерсте, Университета Южной Калифорнии и производителя вычислительных технологий TetraMem Inc. внедрили вычисления in-memory с использованием аналоговой мемристорной технологии в качестве альтернативы, которая позволяет избежать этих узких мест за счет сокращения количества передач данных. В вычислениях in-memory команда использует электрический компонент под названием мемристор — комбинацию памяти и резистора (который управляет потоком электричества в цепи). Мемристор управляет потоком электрического тока в цепи, а также «запоминает» предыдущее состояние, даже когда питание отключено, в отличие от современных компьютерных чипов на базе транзисторов, которые могут хранить информацию только при наличии питания. Мемристор может быть запрограммирован на несколько уровней сопротивления, что увеличивает плотность информации в одной ячейке. Организованная в перекрестный массив, такая мемристорная схема выполняет аналоговые вычисления с использованием физических законов в массивно-параллельном режиме, существенно ускоряя матричные операции — наиболее часто используемые, но очень энергоемкие вычисления в нейронных сетях. Вычисления производятся в самом устройстве, вместо того чтобы перемещать данные между памятью и процессором. Используя аналогию с дорожным движением, Ся сравнивает вычисления в памяти с почти пустыми дорогами в разгар пандемии.
Ранее эти исследователи продемонстрировали, что их мемристор может выполнять низкоточные вычислительные задачи, такие как машинное обучение. Среди других применений — обработка аналоговых сигналов, радиочастотное зондирование и аппаратная безопасность. «В этой работе мы предлагаем и демонстрируем новую архитектуру схемы и протокол программирования, которые могут эффективно представлять высокоточные числа с помощью взвешенной суммы нескольких относительно низкоточных аналоговых устройств, таких как мемристоры, со значительно меньшими затратами на схему, энергию и время ожидания по сравнению с существующими подходами к квантованию», — говорит Ся.
В ходе демонстрации доказательной базы мемристор решал статические и изменяющиеся во времени дифференциальные уравнения, уравнения Навье-Стокса и задачи магнитогидродинамики.
Более десяти лет потребовалось команде UMass Amherst и ее соавторам, чтобы разработать подходящее мемристорное устройство и создать крупногабаритные микросхемы и компьютерные чипы для аналоговых вычислений в памяти.
Иллюстрация: Qiangfei Xia 16.03.2024 |
Net&IT
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр | |
В сериале Звездный путь: Следующее поколение к... |
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети | |
Биологический мозг, в особенности человеч... |
Science: Аналоговые вычисления дают решать сложные уравнения и экономят энергию | |
Группа исследователей, включая инженеров Масса... |
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным | |
Если вам недавно было трудно понять, явля... |
Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений | |
Квантовые системы, используемые в квантов... |
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек | |
Еще один балл в пользу искусственного инт... |
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее | |
Несколько лет назад исследователи Массачу... |
Привыкнув доверять, люди не поймут, когда ИИ начнет манипулировать | |
Согласно обширному обзору, в настоящее вр... |
Умные серьги с низким энергопотреблением будут измерять температуру по мочке уха | |
Умные аксессуары становятся все более рас... |
Для борьбы с бешенством разработали приложение для распознавания собачьих морд | |
Новое приложение для распознавания собачь... |
Генеративный ИИ помогает ученым объяснить человеческую память и воображение | |
Последние достижения в области генеративн... |
Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам | |
Органические оптоэлектронные устройства, такие... |
ChatGPT перелопатил почти весь интернет, но пока не научился рассуждать | |
Языковые модели ИИ переживают бум. В ... |
Если сотрудникам скорой помощи поможет ИИ, они смогут спасать больше жизней | |
Чтобы определить, насколько серьезно пострадал... |
Беспроводная система отслеживания улучшит впечатления от расширенной реальности | |
Новая технология, разработанная инженерами Кал... |
PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить | |
Атанасиос С. Фокас рассматривает актуальный во... |
Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания | |
В новом исследовании, опубликованном 18 декабр... |
Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей | |
Искусственный интеллект, разработанный для&nbs... |
Разработан фреймворк ИИ для определения новых показаний к применению лекарств | |
Ученые из компании Klick Applied Sciences... |
Искусственный интеллект отлично справляется с имитацией, но не с инновациями | |
Системы искусственного интеллекта часто изобра... |
Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности | |
Ученые Рочестерского университета разработали ... |
Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта | |
Многофункциональные компьютерные чипы эволюцио... |
Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов» | |
Стартовал отборочный этап Международного техно... |
Наступает новая эра творческого партнерства в эпоху генеративного ИИ | |
Последние достижения в области генеративн... |
Ученые разрабатывают инструменты для использования ИИ в юридическом образовании | |
В то время как многие с опаской... |
Создан метод тонкой настройки модели ИИ на устройствах с ограниченными ресурсами | |
Персонализированные модели глубокого обучения ... |
Новая уязвимость процессора подвергает опасности виртуальные машины | |
В области облачных вычислений, то есть до... |
Разработан новый квантовый подход к безопасности облачных хранилищ данных | |
Распределенные облачные хранилища —... |
ACS Applied Energy Materials: Разработаны солнечные батареи для помещений | |
Так называемый Интернет вещей — от&... |
Ученые разработали энергоэффективный чип для искусственного интеллекта | |
Основная идея проста: в отличие от п... |