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“我們(men)研(yan)發(fa)的(de)這款存算(suan)一(yi)體芯片(pian)，展(zhan)示(shi)出(chu)高(gao)(gao)(gao)適(shi)應(ying)性、高(gao)(gao)(gao)能(neng)(neng)效(xiao)、高(gao)(gao)(gao)通用性、高(gao)(gao)(gao)準確率等特點，能(neng)(neng)有效(xiao)強化智能(neng)(neng)設備在實際應(ying)用場景(jing)下的(de)學習適(shi)應(ying)能(neng)(neng)力。”10日(ri)，清華大(da)學集成(cheng)電路學院(yuan)副教授高(gao)(gao)(gao)濱接受(shou)記者采訪(fang)時表示(shi)，“該(gai)款芯片(pian)揭示(shi)了(le)人(ren)工智能(neng)(neng)時代下邊緣學習的(de)新范式，為突破馮·諾依曼傳統計算(suan)架構下的(de)能(neng)(neng)效(xiao)、算(suan)力瓶頸提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種創新發(fa)展(zhan)路徑。”
近日，清華大學(xue)集(ji)成(cheng)電路學(xue)院教授吳(wu)華強、副教授高濱基于存算(suan)一(yi)體計算(suan)范式，研制出(chu)全球首款全系統集(ji)成(cheng)、支持高效片上學(xue)習(機器學(xue)習能在(zai)硬件端(duan)直接(jie)完成(cheng))的憶(yi)阻(zu)器存算(suan)一(yi)體芯片。相(xiang)關成(cheng)果(guo)在(zai)線發表于最新一(yi)期《科學(xue)》。
相同任務下，該款芯片(pian)實現(xian)片(pian)上學習的能耗僅為先進工(gong)(gong)藝下專用集(ji)成(cheng)電路系統(tong)的3%，展現(xian)出卓越的能效優勢，具有滿足(zu)人工(gong)(gong)智能時(shi)代高(gao)算力需求的應用潛(qian)力。相關成(cheng)果可應用于(yu)手機(ji)等智能終端(duan)設備，還可以應用于(yu)邊緣計算場景，比如汽車、機(ji)器人等。
據介紹，當前，國(guo)際上的(de)(de)相關(guan)研究仍停留在(zai)憶(yi)阻器(qi)陣(zhen)列層(ceng)面(mian)的(de)(de)學習(xi)功(gong)能(neng)演示，全系(xi)(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)的(de)(de)憶(yi)阻器(qi)片(pian)上學習(xi)芯(xin)片(pian)仍未實(shi)現(xian)，主要在(zai)于傳統(tong)的(de)(de)反向傳播訓練(lian)算(suan)法所要求(qiu)的(de)(de)高精(jing)度(du)權(quan)重更(geng)新方(fang)式與(yu)憶(yi)阻器(qi)實(shi)際特性的(de)(de)適配性較差，導(dao)致大規模集(ji)成(cheng)下(xia)的(de)(de)系(xi)(xi)統(tong)精(jing)度(du)和能(neng)耗出現(xian)瓶頸。
突破傳(chuan)統存算分離架構對算力(li)提升的(de)制約，實(shi)現低能耗、高精(jing)度的(de)全系統集成憶阻器存算一(yi)體片上學習芯片，要攻(gong)克哪些難(nan)點?
“這是課題組多(duo)年(nian)積(ji)累最終取得的(de)突破(po)。研發過程(cheng)中的(de)難點主(zhu)要(yao)體現在：首先需(xu)要(yao)解決(jue)憶阻器(qi)(qi)大規模集成(cheng)問題，我(wo)們不僅優化(hua)了器(qi)(qi)件(jian)(jian)材料和(he)架構，改善(shan)了器(qi)(qi)件(jian)(jian)特(te)性(xing)，還開發了大規模集成(cheng)制程(cheng);其(qi)次需(xu)要(yao)解決(jue)底層硬件(jian)(jian)多(duo)物理尺(chi)度的(de)非理想特(te)性(xing)，以提升(sheng)精(jing)度，比如器(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)非線性(xing)、非對稱，陣列的(de)寄生，電(dian)路(lu)(lu)的(de)噪聲等;最后，要(yao)實現高效的(de)硬件(jian)(jian)系統，需(xu)要(yao)算(suan)法—架構—電(dian)路(lu)(lu)和(he)器(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)協同優化(hua)。”團隊成(cheng)員、清(qing)華大學集成(cheng)電(dian)路(lu)(lu)學院博士后姚鵬說。
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