据最新《自然·电子学》杂志,包括意大利米兰理工大学在内的联合研究团队开发出一种新型“智能”芯片,采用创新的架构设计,能够在显著降低能耗的同时大幅提升数据处理速度,有望突破长久以来的计算能耗瓶颈。该研究是面向研发更紧凑、高效、可持续计算设备的重要进展,其在人工智能(AI)、大规模数据处理、下一代无线通信乃至机器人、数据中心、5G/6G网络等领域具有广泛的应用前景。

该芯片基于内存计算架构,其核心优势在于解决了传统计算体系在内存与处理器间频繁搬运数据的问题,通过减少内部数据流动,实现更高能效与更快处理速度。团队展示了一款全集成模拟加速器,采用标准CMOS工艺制造,可用于求解线性与非线性方程组。

芯片集成了两个64×64可编程电阻存储器阵列,每个阵列以网格形式排列存储单元。单元基于静态随机存取存储器技术,并结合集成电阻实现多级可编程电阻。此外,芯片还集成了包括运算放大器与模数转换器在内的模拟处理元件,形成一种创新的模拟计算架构。

该设计使得复杂计算任务能在存储结构内部直接完成,无需将数据转移至外部处理器,从而大幅降低了计算延迟。实际测试表明,该芯片在精度接近传统数字系统的前提下,实现了更低的功耗、更短的计算时间与更小的芯片面积。

研究团队表示,这款集成芯片证明了模拟计算等创新架构在工业应用层面的可行性。团队目前正致力于推动该技术在实际场景中的应用,特别是在AI领域,以降低计算过程中的能源消耗。

此项工作展现了学术界与产业界的国际合作成果,参与机构包括来自多国的大学与研究团队,共同推进模拟内存计算在高性能、高能效应用中的发展。

【总编辑圈点】

传统的芯片,就像一辆马力强大但油耗惊人的跑车;而新型“智能”芯片,好比一辆节能的新能源超级跑车,实现了“鱼与熊掌兼得”。后者通过全新的内部架构设计,减少了内部数据的流动,让信息传输更加便捷快速,因此计算速度获得飞跃式提升,处理复杂任务的效率大大提高。不仅如此,由于新型芯片减少了内部数据的“绕路”,将每一份能量都用在“刀刃”上,从而实现了能耗的大幅降低,用更少的能量,完成更快、更强大的运算。