Ερευνητές από την Κίνα ανακοίνωσαν μια τεχνολογική πρόοδο που θα μπορούσε να ανατρέψει όσα γνωρίζουμε για τους υπολογιστές. Μια ομάδα από το Peking University κατάφερε να δημιουργήσει ένα νέο είδος επεξεργαστή —όχι ψηφιακό, αλλά αναλογικό— το οποίο, σύμφωνα με τα αποτελέσματα που δημοσιεύτηκαν στο Nature Electronics στις 13 Οκτωβρίου, μπορεί να ξεπεράσει τις επιδόσεις των πιο ισχυρών GPU της αγοράς έως και 1.000 φορές.
Ο νέος επεξεργαστής δεν βασίζεται στα γνωστά δυαδικά δεδομένα — τα 0 και 1 των ψηφιακών συστημάτων. Αντίθετα, πραγματοποιεί υπολογισμούς μέσω συνεχών ηλεκτρικών ρευμάτων, αξιοποιώντας φυσικά φαινόμενα στους δικούς του κυκλικούς διαύλους. Πρόκειται για έναν αναλογικό υπολογιστή ενσωματωμένο σε μικροτσίπ, που χρησιμοποιεί στοιχεία από resistive random-access memory (RRAM) για να αποθηκεύει και να επεξεργάζεται πληροφορίες ταυτόχρονα.
Με αυτόν τον τρόπο, αποφεύγει ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα των σύγχρονων ψηφιακών επεξεργαστών: την ανάγκη μεταφοράς δεδομένων μεταξύ του επεξεργαστή και της μνήμης, μια διαδικασία που καταναλώνει τεράστια ποσά ενέργειας και περιορίζει την ταχύτητα. Αντί να σπαταλά χρόνο και ισχύ σε αυτό το «πήγαινε-έλα» δεδομένων, ο νέος αναλογικός σχεδιασμός υπολογίζει κατευθείαν μέσα στη μνήμη του.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, όταν το chip δοκιμάστηκε σε πολύπλοκα προβλήματα επικοινωνίας —όπως η αντιστροφή πινάκων που χρησιμοποιείται σε συστήματα MIMO (multiple-input multiple-output) για δίκτυα ασύρματης επικοινωνίας— κατάφερε να επιτύχει την ίδια ακρίβεια με τους ψηφιακούς επεξεργαστές, καταναλώνοντας όμως έως και 100 φορές λιγότερη ενέργεια.
Αλλά το πραγματικά εντυπωσιακό προέκυψε όταν οι ερευνητές βελτίωσαν το κύκλωμα. Σε δοκιμές σύγκρισης, το αναλογικό chip ξεπέρασε κατά έως και 1.000 φορές την απόδοση κορυφαίων GPU όπως το Nvidia H100 και το AMD Vega 20 — μοντέλα που χρησιμοποιούνται ευρέως για την εκπαίδευση μεγάλων μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης, όπως το ChatGPT της OpenAI.
Καθώς οι εφαρμογές που βασίζονται σε τεράστιους όγκους δεδομένων συνεχώς αυξάνονται, οι ψηφιακοί υπολογιστές φτάνουν τα φυσικά τους όρια. Η προσέγγιση της αναλογικής υπολογιστικής μπορεί να προσφέρει 1.000 φορές μεγαλύτερη απόδοση και 100 φορές καλύτερη ενεργειακή αποδοτικότητα, χωρίς να θυσιάζει την ακρίβεια.
Η αναλογική υπολογιστική δεν είναι νέα ιδέα. Αντίθετα, έχει ιστορία που πάει πίσω χιλιάδες χρόνια μέχρι και τον μηχανισμό των Αντικυθήρων, τον αρχαίο ελληνικό υπολογιστή που βασιζόταν σε γρανάζια για να προβλέπει αστρονομικά φαινόμενα. Ωστόσο, με την έλευση των ψηφιακών υπολογιστών τον 20ό αιώνα, οι αναλογικές τεχνολογίες θεωρήθηκαν αναποτελεσματικές και ακατάλληλες για ακριβείς υπολογισμούς.
Το βασικό τους μειονέκτημα ήταν η δυσκολία ελέγχου των συνεχών φυσικών σημάτων – όπως τάσεις ή ρεύματα – με την ίδια σταθερότητα που προσφέρουν τα δυαδικά ψηφιακά συστήματα. Οι αναλογικοί υπολογιστές μπορούσαν να είναι ταχύτεροι, αλλά όχι αξιόπιστοι. Έτσι, για δεκαετίες, η ψηφιακή λογική επικράτησε πλήρως.
Σήμερα, όμως, η ανάγκη για τεράστια υπολογιστική ισχύ στην τεχνητή νοημοσύνη και στις επικοινωνίες 6G αναζωπυρώνει το ενδιαφέρον για αναλογικά συστήματα. Η δυνατότητα να επεξεργάζονται μεγάλα σύνολα δεδομένων απευθείας μέσα στο υλικό τους, με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας, τα καθιστά ιδιαίτερα ελκυστικά για το μέλλον της πληροφορικής.
Το επίτευγμα του Peking University έγκειται στο ότι συνδύασε δύο διαφορετικούς κόσμους: την ταχύτητα της αναλογικής υπολογιστικής και την ακρίβεια της ψηφιακής. Οι ερευνητές διαμόρφωσαν το κύκλωμα των RRAM σε δύο στάδια: ένα που παρήγαγε γρήγορα μια προσεγγιστική λύση και ένα δεύτερο που διόρθωνε σταδιακά τα αποτελέσματα μέχρι να επιτευχθεί η τελική ακρίβεια.
Αυτός ο «υβριδικός» τρόπος λειτουργίας επιτρέπει στο chip να επιλύει πολύπλοκες μαθηματικές πράξεις με πρωτοφανή ταχύτητα, χωρίς να θυσιάζει την ακρίβεια που απαιτούν εφαρμογές όπως τα μοντέλα μηχανικής μάθησης ή η ανάλυση σημάτων σε δίκτυα υψηλών ταχυτήτων.
Επιπλέον, το chip κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας εμπορική τεχνολογία παραγωγής ημιαγωγών — κάτι που σημαίνει πως, θεωρητικά, θα μπορούσε να παραχθεί μαζικά χωρίς να απαιτείται εξωτική ή εξαιρετικά δαπανηρή υποδομή.
Οι ερευνητές πιστεύουν πως με περαιτέρω βελτιώσεις στο κύκλωμα και την αρχιτεκτονική, οι επιδόσεις του chip μπορούν να αυξηθούν ακόμη περισσότερο. Ο επόμενος στόχος είναι η δημιουργία μεγαλύτερων και πλήρως ολοκληρωμένων εκδόσεων, ικανών να χειριστούν ακόμη πιο περίπλοκα προβλήματα σε πραγματικό χρόνο.
[source]
