據(jù)教育部官方微信消息，近期，我國(guó)高校科研團(tuán)隊(duì)分別研制出了高精度可擴(kuò)展模擬矩陣計(jì)算芯片、亞埃米級(jí)光譜成像芯片，取得重大突破宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 。
北京大學(xué)
高精度可擴(kuò)展模擬矩陣計(jì)算芯片問(wèn)世
在數(shù)字計(jì)算主導(dǎo)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域半個(gè)多世紀(jì)后，我國(guó)科學(xué)家在新型計(jì)算架構(gòu)上取得重大突破——北京大學(xué)人工智能研究院孫仲團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，并聯(lián)合集成電路學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)，成功研制出基于阻變存儲(chǔ)器的高精度、可擴(kuò)展模擬矩陣計(jì)算芯片，首次將模擬計(jì)算的精度提升至24位定點(diǎn)精度宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 。相關(guān)性能評(píng)估表明，該芯片在求解大規(guī)模MIMO信號(hào)檢測(cè)等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題時(shí)，計(jì)算吞吐量與能效較當(dāng)前頂級(jí)數(shù)字處理器（如圖形處理器GPU）提升百倍至千倍。這一成果標(biāo)志著我國(guó)突破模擬計(jì)算世紀(jì)難題，在后摩爾時(shí)代計(jì)算范式變革中取得重大突破，為應(yīng)對(duì)人工智能與6G通信等領(lǐng)域的算力挑戰(zhàn)開(kāi)辟了全新路徑，相關(guān)成果13日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·電子學(xué)》。
論文通訊作者孫仲表示，模擬計(jì)算是早期計(jì)算機(jī)的核心技術(shù)，通過(guò)物理定律直接運(yùn)算，具有高并行、低延時(shí)、低功耗的先天優(yōu)勢(shì)宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 。然而，由于傳統(tǒng)模擬計(jì)算精度低、難擴(kuò)展，逐漸被高精度、可編程的數(shù)字計(jì)算取代，成為存于教科書(shū)中的“老舊技術(shù)”?！叭绾巫屇M計(jì)算兼具高精度與可擴(kuò)展性，從而在現(xiàn)代計(jì)算任務(wù)中發(fā)揮其先天優(yōu)勢(shì)，一直是困擾全球科學(xué)界的‘世紀(jì)難題’。數(shù)字計(jì)算雖精度高，但計(jì)算速度慢，同時(shí)存在馮·諾依曼架構(gòu)的‘內(nèi)存墻’問(wèn)題，已成為人工智能、科學(xué)計(jì)算和6G通信發(fā)展的瓶頸。”
模擬矩陣計(jì)算電路求解矩陣方程
面對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)選擇了一條融合創(chuàng)新的道路，他們通過(guò)新型信息器件、原創(chuàng)電路和經(jīng)典算法的協(xié)同設(shè)計(jì)，首次實(shí)現(xiàn)了在精度上可與數(shù)字計(jì)算媲美的模擬計(jì)算系統(tǒng)，將傳統(tǒng)模擬計(jì)算的精度提升了五個(gè)數(shù)量級(jí)宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 ?！拔覀冄邪l(fā)的新方案在保持模擬計(jì)算低復(fù)雜度優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了與數(shù)字FP32處理器相媲美的計(jì)算精度。團(tuán)隊(duì)還提出了塊矩陣模擬計(jì)算方法，像拼圖一樣將大問(wèn)題分解到多個(gè)芯片上協(xié)同解決，成功突破了模擬計(jì)算的規(guī)模限制，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了16×16矩陣方程的求解?！?/p>
孫仲透露，通過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和基準(zhǔn)對(duì)比，該技術(shù)展現(xiàn)出卓越性能宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 。在算力方面，當(dāng)求解32×32矩陣求逆問(wèn)題時(shí)，該方案算力已超越高端GPU的單核。當(dāng)問(wèn)題規(guī)模擴(kuò)大至128×128時(shí)，計(jì)算吞吐量可達(dá)頂級(jí)數(shù)字處理器的1000倍以上?！斑@項(xiàng)技術(shù)還展現(xiàn)了極致的能效比。在相同精度下，該技術(shù)的能效比高出傳統(tǒng)數(shù)字處理器100倍以上，為算力中心能耗問(wèn)題提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。”
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高精度全模擬矩陣計(jì)算求解矩陣方程
“這項(xiàng)突破的意義遠(yuǎn)不止于一篇頂刊論文，它的應(yīng)用前景廣闊，可賦能多元計(jì)算場(chǎng)景，有望重塑算力格局宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 ?！睂O仲表示，在未來(lái)的6G通信領(lǐng)域，它能讓基站以實(shí)時(shí)且低能耗方式處理海量天線(xiàn)信號(hào)，提升網(wǎng)絡(luò)容量和能效。對(duì)于正在高速發(fā)展中的人工智能技術(shù)，這項(xiàng)研究有望加速大模型訓(xùn)練中計(jì)算密集的二階優(yōu)化算法，從而顯著提升訓(xùn)練效率?！案匾氖?，低功耗特性也將強(qiáng)力支持復(fù)雜信號(hào)處理和AI訓(xùn)推一體在終端設(shè)備上的直接運(yùn)行，大大降低對(duì)云端的依賴(lài)，進(jìn)而推動(dòng)邊緣計(jì)算邁向新階段。”
“這項(xiàng)工作的最大價(jià)值在于，它用事實(shí)證明，模擬計(jì)算能以極高效率和精度解決現(xiàn)代科學(xué)和工程中的核心計(jì)算問(wèn)題宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 ?？梢哉f(shuō)，我們?yōu)樗懔μ嵘剿鞒鲆粭l極具潛力的路徑，有望打破數(shù)字計(jì)算的長(zhǎng)期壟斷，開(kāi)啟一個(gè)算力無(wú)處不在且綠色高效的新時(shí)代?！睂O仲透露，目前，團(tuán)隊(duì)正積極推進(jìn)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，盡快將實(shí)驗(yàn)室成果推向市場(chǎng)。
清華大學(xué)
亞埃米級(jí)光譜成像芯片“玉衡”問(wèn)世
清華大學(xué)電子工程系方璐教授課題組另辟蹊徑，首創(chuàng)了可重構(gòu)計(jì)算光學(xué)成像架構(gòu)，研制出高分辨光譜成像芯片“玉衡”，實(shí)現(xiàn)了亞埃米級(jí)光譜分辨率、千萬(wàn)像素級(jí)空間分辨率的快照光譜成像宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 ?！坝窈狻惫タ肆斯庾V成像系統(tǒng)的分辨率、效率與集成度難題，可廣泛應(yīng)用于機(jī)器智能、機(jī)載遙感、天文觀測(cè)等領(lǐng)域，有望為暗物質(zhì)、黑洞等基礎(chǔ)物理前沿研究提供前所未有的新視野。該研究成果15日在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際期刊《自然》。
“玉衡”光譜成像芯片概念圖
光，是自然最深邃的語(yǔ)言宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 。自1666年牛頓以棱鏡劃開(kāi)白光，人類(lèi)便以光譜之筆，書(shū)寫(xiě)對(duì)物質(zhì)與宇宙的理解。光譜記錄著光在不同波長(zhǎng)下的強(qiáng)度變化，揭示了物質(zhì)與光的相互作用，是解析成分、結(jié)構(gòu)與特性的“光學(xué)密鑰”。然而，傳統(tǒng)光譜測(cè)量受限于分光采集與固化結(jié)構(gòu)，光譜分辨率與成像通量之間長(zhǎng)期存在固有矛盾，成為光譜成像領(lǐng)域久未破解的科學(xué)難題。
“我們提出可重構(gòu)計(jì)算光學(xué)成像架構(gòu)，將物理分光限制轉(zhuǎn)化為光子調(diào)制與重建過(guò)程，挖掘隨機(jī)干涉掩膜與鈮酸鋰材料的電光重構(gòu)特性，實(shí)現(xiàn)了高維光譜調(diào)制與高通量解調(diào)的協(xié)同計(jì)算宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 。”方璐介紹，團(tuán)隊(duì)由此研制出亞埃米級(jí)高分辨光譜成像芯片——“玉衡”，無(wú)需在波長(zhǎng)維度犧牲通量，每個(gè)像素均可獲取完整光譜信息，快照光譜成像的分辨能力提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)，突破了光譜分辨率與成像通量無(wú)法兼得的長(zhǎng)期瓶頸。
可重構(gòu)計(jì)算光學(xué)成像架構(gòu)
與傳統(tǒng)體型龐大、采集緩慢的高分辨光譜裝置不同，“玉衡”僅約2厘米×2厘米×0.5厘米大小，在400至1000納米的寬光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了亞埃米級(jí)光譜分辨率、千萬(wàn)像素級(jí)空間分辨率的快照光譜成像宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 。
“以天文觀測(cè)為例，‘玉衡’的快照式成像每秒獲取近萬(wàn)顆恒星的完整光譜，有望將銀河系千億顆恒星的光譜巡天周期從數(shù)千年縮短至十年以?xún)?nèi)宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 ?！狈借唇榻B，憑借微型化設(shè)計(jì)，“玉衡”還可搭載于衛(wèi)星，有望在數(shù)年內(nèi)繪制出人類(lèi)前所未見(jiàn)的宇宙光譜圖景。
據(jù)悉，目前課題組正基于原理樣片，加速工程化樣機(jī)與系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，并將在10.4米口徑加那利大型望遠(yuǎn)鏡上進(jìn)行測(cè)試應(yīng)用宏鑫機(jī)械設(shè)備有限公司 。
來(lái)源：微言教育