Çinli bilim insanları, dijital işlemcilerin ikili 1'ler ve 0'lar yerine fiziksel devreler üzerinde hesaplama yapan yeni bir analog çip geliştirdi. Bu yenilikçi çipin, en üst düzey grafik işlem birimlerini (GPU'lar) yaklaşık 1.000 kat daha hızlı çalıştırabileceği belirtiliyor.
Pekin Üniversitesi'nden araştırmacıların Nature Electronics dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmalarına göre, bu çip yapay zeka (AI) ve 6G gibi gelişmekte olan alanlarda dijital çiplerin karşılaştığı enerji ve veri kısıtlamaları ile analog hesaplamanın sınırlayıcı hassasiyet ve pratiklik sorunlarını ele alıyor.
Çipin, kablosuz iletişim sistemlerinde kullanılan devasa çoklu giriş-çoklu çıkış (MIMO) sistemlerindeki matris ters çevirme gibi karmaşık iletişim problemlerini çözerken, standart dijital işlemcilerle aynı doğruluğu sağladığı ve yaklaşık 100 kat daha az enerji tükettiği bildirildi. Yapılan ayarlamalarla çipin, yapay zeka model eğitimlerinde önemli rol oynayan Nvidia H100 ve AMD Vega 20 gibi üst düzey GPU'ları 1.000 kata kadar geride bıraktığı ifade edildi.
Yeni çip, elektrik akımının her hücreden ne kadar kolay aktığını ayarlayarak veriyi depolayan ve işleyen dirençli rastgele erişimli bellek (RRAM) hücre dizilerinden oluşuyor. Dijital işlemciler ikili sistemde çalışırken, analog tasarım bilgiyi RRAM hücre ağı boyunca sürekli elektrik akımları olarak işliyor. Veriyi doğrudan donanım içinde işleyen çip, harici bellek ile veri alışverişinin enerji yoğun sürecinden kaçınıyor.
Araştırmacılar, "Büyük miktarda veri kullanan uygulamaların yükselişiyle birlikte, dijital bilgisayarlar için bu durum bir zorluk teşkil ediyor, özellikle de geleneksel cihaz ölçeklendirmesinin giderek zorlaştığı düşünüldüğünde," diyerek, analog hesaplama yaklaşımlarının aynı hassasiyette durum-sanat dijital işlemcilere göre 1.000 kat daha yüksek verim ve 100 kat daha iyi enerji verimliliği sunabileceğini belirtti.
Eski Teknoloji, Yeni Yetenekler
Analog hesaplama yeni bir kavram olmamakla birlikte, kökenleri oldukça eskiye dayanıyor. Milattan önce 2. yüzyılda yapıldığı tahmin edilen ve Yunanistan kıyılarında bulunan Antikythera mekanizması, hesaplama yapmak için iç içe geçmiş dişliler kullanıyordu.
Ancak modern hesaplama tarihinin büyük bir bölümünde, analog teknoloji dijital işlemcilere pratik olmayan bir alternatif olarak görüldü. Bunun nedeni, analog sistemlerin bilgiyi işlemek için voltaj veya elektrik akımı gibi sürekli fiziksel sinyallere dayanmasıdır. Bu sinyaller, dijital bilgisayarların çalıştığı iki kararlı durum olan 1 ve 0'a göre hassas bir şekilde kontrol edilmesi çok daha zordur.
Analog sistemlerin üstün olduğu alanlar ise hız ve verimliliktir. Hesaplamaları uzun ikili kod dizilerine ayırmaya gerek duymadan, çipin devresindeki fiziksel işlemler olarak temsil ettikleri için, analog çipler çok daha az enerji kullanırken büyük miktarda bilgiyi eş zamanlı olarak işleyebilirler. Bu durum, özellikle yapay zeka gibi veri ve enerji yoğun uygulamalarda, dijital işlemcilerin sıralı olarak işleyebileceği bilgi miktarında sınırlamalara sahip olduğu ve gelecekteki 6G iletişimlerinde ağların gerçek zamanlı olarak muazzam miktarda çakışan kablosuz sinyali işlemesi gerekeceği göz önüne alındığında daha da önem kazanıyor.
Araştırmacılar, bellek donanımındaki son gelişmelerin analog hesaplamayı tekrar mümkün kılabileceğini düşünüyor. Ekip, çipin RRAM hücrelerini iki devrede yapılandırdı: biri hızlı ancak yaklaşık bir hesaplama sağlarken, diğeri daha hassas bir sayıya ulaşılana kadar sonraki yinelemelerle sonucu iyileştirdi ve ince ayar yaptı. Bu yapılandırma sayesinde, araştırmacılar analog hesaplamanın hızını dijital işlemenin tipik hassasiyetiyle birleştirmeyi başardılar. Kritik olarak, çip ticari bir üretim süreci kullanılarak üretildi, bu da potansiyel olarak seri üretilebileceği anlamına geliyor. Araştırmacılar, çipin devresindeki gelecekteki iyileştirmelerin performansını daha da artırabileceğini ve bir sonraki hedeflerinin daha karmaşık problemleri daha hızlı hızlarda işleyebilen daha büyük, tamamen entegre çipler inşa etmek olduğunu belirtiyorlar.
