Çinli bilim insanları, dijital işlemcilerden bin kat hızlı analog çip geliştirdi

Ekip, çipin bazı işlemlerde Nvidia ve AMD’nin en güçlü grafik işlemcilerinden (GPU) tam bin kat daha hızlı performans gösterdiğini açıkladı. Bulgular, 13 ekimde Nature Electronics dergisinde yayımlandı.

Yeni çip, geleneksel dijital işlemcilerden farklı olarak hesaplamaları ikili kod (1 ve 0) üzerinden değil, fiziksel devreler üzerindeki elektrik akımları aracılığıyla gerçekleştiriyor. Bu yaklaşım, dijital sistemlerde karşılaşılan iki temel darboğazı yüksek enerji tüketimi ve veri aktarımındaki yavaşlığı ortadan kaldırmayı hedefliyor.

Araştırmacılar, çipi özellikle yapay zekâ (AI) ve 6G haberleşme sistemleri gibi yüksek veri yoğunluklu alanlarda test etti. Cihaz, çok girişli-çok çıkışlı (MIMO) kablosuz iletişim sistemlerinde kullanılan karmaşık matris hesaplamalarında, dijital işlemcilerle aynı doğruluğu sağlarken yaklaşık 100 kat daha az enerji harcadı.

Daha ileri testlerde, sistemin performansı, Nvidia H100 ve AMD Vega 20 gibi üst düzey GPU’ları bin kata kadar geride bıraktı. Söz konusu GPU’lar, OpenAI’nin ChatGPT’yi eğitmekte kullandığı A100 kartlarının da ardılı olarak biliniyor.

Yeni çip, dirençsel rastgele erişimli bellek (RRAM) hücrelerinden oluşan bir ağ üzerinde çalışıyor. Bu hücreler, elektrik akışına karşı dirençlerini değiştirerek hem veriyi saklıyor hem de işliyor. Böylece çip, veriyi kendi donanımı içinde işleyerek, dijital sistemlerde enerji harcayan veri taşıma sürecini ortadan kaldırıyor.

Araştırma ekibi, “Büyük veri kullanan uygulamaların hızla artması, geleneksel dijital bilgisayarlar için ciddi bir zorluk haline geldi. Bizim analog yaklaşımımız, aynı doğruluk seviyesinde bin kat daha yüksek işlem verimi ve 100 kat daha iyi enerji verimliliği sağlayabilir.” açıklamasında bulundu.

Analog hesaplama aslında yeni bir fikir değil. Yaklaşık 2 bin yıl önce tasarlanan Antikitera Mekanizması, bilinen en eski analog hesaplama cihazı olarak kabul ediliyor. Ancak modern çağda, analog sistemler düşük hassasiyet ve karmaşık kontrol zorlukları nedeniyle dijital teknolojiler karşısında geri planda kalmıştı.

Pekin Üniversitesi ekibi, bu tarihsel sorunu aşmak için çipin devre yapısını iki kademeli bir sisteme dönüştürdü: İlk devre hızlı fakat yaklaşık sonuç verirken, ikincisi sonucu tekrarlayan işlemlerle hassaslaştırıyor. Bu yöntem sayesinde ekip, analog hızla dijital doğruluğu bir araya getirmeyi başardı.

Çip, ticari üretim süreciyle imal edildi; bu da seri üretim potansiyeli olduğu anlamına geliyor. Araştırmacılar, ilerleyen dönemde daha büyük, entegre analog çipler geliştirerek daha karmaşık hesaplamaları daha yüksek hızda yapmayı hedefliyor. (İLKHA)