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丘比特派对 比高端GPU更强!清华开拓超高性能策划芯片:能效培育400万倍
发布日期:2023-12-01 15:49    点击次数:198

丘比特派对 比高端GPU更强!清华开拓超高性能策划芯片:能效培育400万倍

跟着各类大模子和深度神经网罗深入丘比特派对,怎样制造出怡悦东谈主工智能发展、兼具大算力和高能效的下一代AI芯片,已成为海外前沿热门。中国科协发布的2023要紧科常识题中“怎样完毕固执耗东谈主工智能”被排在首位。

2023年10月25日,清华大学团队在超高性能策划芯片界限获得新冲破。有关后果以“All-analog photo-electronic chip for high-speed vision tasks”为题发表在Nature 上。

这枚芯片基于纯模拟光电交融策划架构,在包括ImageNet等智能视觉任求实测中,相易准确率下,比现存高性能GPU算力培育3000倍,能效培育400万倍。

图1 有关论文(开首Nature )图1 有关论文(开首Nature )

改日已来?光为载体的策划芯片

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完毕算力飞跃并非易事丘比特派对,尽头是刻下传统的芯片架构,受限于电子晶体管大小贴近物理极限。全新策划架组成为破局的要津。

光策划以其超高的并行度和速率,被合计是改日颠覆性策划架构的最有劲竞争决策之一。

光策划,顾名念念义是将策划载体从电变为光,愚弄光在芯片中的传播进行策划。面对以光速策划的诱东谈主出路,数年来海表里闻明科研团队接踵提议多种想象,但要替代现存电子器件完毕系统级应用,仍濒临要紧瓶颈:

一是如安在一枚芯片上集成大范围的策划单位(可控神经元),且敛迹缝隙累计进程;

二是完毕高速高效的片上非线性;丘比特派对

三是为兼容当今以电子信号为主体的信息社会,怎样提供光策划与电子信号策划的高效接口。

刻下常见的模数退换功耗,较光策划每步乘加运算跳动多个数目级,掩饰了光策划自己的性能上风,导致光芯片难以在实质应用中体现出优厚性。

系统级算力和能效,超现存芯片万倍

为搞定这一海外难题,清华大学团队创造性地提议了模拟电交融模拟光的策划框架,构建可见光下的大范围多层衍射神经网罗完毕视觉特征索求,愚弄光电流平直进行基于基尔霍夫定律的纯模拟电子策划,两者集成在归并枚芯片框架内丘比特派对,完成了“传感前 传感中 近传感”的新式策划系统。

极地面裁减了关于高精度ADC的需求,摒除传统策划机视觉处理范式在模数退换历程中速率、精度与功耗相互制约的物理瓶颈,在一枚芯片上冲破大范围集成、高效非线性、高速光电接口三个要津瓶颈。

图2. 光电策划芯片ACCEL的策划旨趣和芯片架构(开首Nature )图2. 光电策划芯片ACCEL的策划旨趣和芯片架构(开首Nature )

实测进展下,ACCEL芯片的系统级算力达到现存高性能芯片的数千倍。同期系统级能效达74.8 Peta-OPS/W,较现存的高性能GPU、TPU、光策划和模拟电策划架构,培育了两千到数百万倍。

在超低功耗下启动的ACCEL将有助于大幅度改善发烧问题,关于芯片的改日想象带来全认识冲破,并为超高速物理不雅测提供算力基础。同期对无东谈主系统、自动驾驶等续航能力条目高的场景带来要紧利好。

表1. ACCEL和现存高性能芯片的系统级实测性能方针对比(开首:Nature )非磋议光平直策划表1. ACCEL和现存高性能芯片的系统级实测性能方针对比(开首:Nature )非磋议光平直策划

更进一步,ACCEL芯片还维持非磋议光视觉场景的平直策划,如论文中演示的交通场景实验。权贵拓展了ACCEL的应用界限,有望颠覆当今自动驾驶、机器东谈主视觉、迁移建设等界限先将图片拍摄并保存在内存中后进行策划的念念路,幸免传输和ADC带宽截至丘比特派对,在传感历程中完成策划。

图3. ACCEL可用于电子建设超低功耗东谈主脸叫醒表现动图(开首:清华大学)图3. ACCEL可用于电子建设超低功耗东谈主脸叫醒表现动图(开首:清华大学)

开辟新旅途:颠覆性架构有望果然落地

清华攻关团队提议的新式策划架构不仅关于光策划技能的应用部署意念念要紧,对改日其他高着力策划技能与刻下电子信息系统的交融,亦深有启发。

论文通信作家之一,清华大学戴琼海院士先容谈,“选拔全新旨趣研发出策划系统是一座大山,而将新一代策划架构果然落地到实验生涯,搞定民生国计的要紧需求,是攀过岑岭后更穷苦的攻关。”

Nature杂志特邀在Research Briefing发表的该征询专题驳斥也指出,“大约这项使命的出现,会让新一代策划架构,比预感中早得多地插足畴昔生涯(ACCEL might enable these architectures to play a part in our daily life much sooner than expected.)”。

清华大学戴琼海院士、方璐副辅导、乔飞副征询员、吴嘉敏助理辅导为本文的共同通信作家;博士生陈一彤、博士生麦麦提·那扎买提、许晗博士为共归并作;孟瑶博士、周天贶助理征询员、博士生李广普、范静涛征询员、魏琦副征询员共同参与了这项征询。

论文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-023-06558-8

包袱剪辑:落木丘比特派对

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