Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya'dan bilim insanları, yapay zeka (YZ) çiplerinde ileri düzey hesaplamaları çok daha az enerjiyle gerçekleştirebilen yeni bir bileşen türü geliştirdi. Bu yenilikçi sistem, daha fazla işlemi paralel olarak çalıştırma imkanı sunarak, çipin en verimli şekilde en iyi sonuca ulaşmasını sağlıyor.
Günümüz bilgisayarlarının büyük çoğunluğu, dijital bilgiyi temsil eden ve programların komutları yerine getirmesi için kullandığı 0 ve 1'lerden oluşan bitlere dayanır. Ancak, insan beynini taklit eden neuromorfik çipler gibi bazı özel teknolojiler, bunun yerine olasılıksal bitler (p-bitler) kullanır.
P-bitler, 0 ve 1 arasında rastgele geçiş yapabilir. Bu özellik, sistemlerin olası 0 ve 1 kombinasyonlarını keşfetmesine ve ardından en olası veya faydalı sonucu belirlemesine olanak tanır. Bu tür bir çıkarım ve karar verme süreci, olasılıksal hesaplama olarak bilinir.
P-bitlerin rastgeleliği faydalı olsa da, geliştiricilerin belirli bir 0 veya 1 üretme sıklığını kontrol etmeleri, böylece sistemlerini daha iyi yanıtlara yönlendirmeleri gerekmektedir. Bu nedenle, çoğu p-bit, bunları bir yöne veya diğerine eğilendiren analog voltajlar kullanan dijital-analog dönüştürücüler (DAC'lar) ile üretilir. Ancak bu DAC'lar genellikle büyük boyutlu ve enerji tüketimi yüksektir.
Araştırmacılar, analog sinyallere olan bağımlılığın ilerlemeyi engellediğini belirtiyor. Geliştirilen yeni yöntem, genellikle kullanılan büyük ve hantal analog devreler olmaksızın p-bitlerin davranışını ayarlamak için tamamen dijital bir yol sunuyor.
DAC'lar yerine bilim insanları, p-bitlerini doğal olarak rastgele 0 ve 1 arasında geçiş yapan manyetik tünel kavşakları (MTJ'ler) kullanarak tasarladılar. Bu bit akışı, yerel bir dijital devreye besleniyor. Devrenin bu rastgele 0'ları ve 1'leri birleştirmeyi beklediği süre ve her birini nasıl sayıp tarttığına bağlı olarak, nihai çıktı p-bitleri çoğunlukla 0'lar veya çoğunlukla 1'ler haline gelebiliyor.
Bilim insanları bulgularını, dünyanın en büyük yarı iletken üreticisi olan TSMC ile işbirliği içinde gerçekleştirdikleri çalışmalar kapsamında sundular. Bu yeni devrelerin ayarları, kullanıcı veya program tarafından ayarlanabilir. Bu da p-bitin bir değeri ne kadar güçlü destekleyeceğinin kontrol edilmesine imkan tanıyor. En önemlisi, bu kontrol tamamen dijital olduğundan, geleneksel DAC'lara kıyasla çip üzerinde çok daha az yer ve güç gerektiriyor.
Kendi Kendini Düzenleyen Davranış Verimliliği Artırıyor
Yeni yaklaşımın bir diğer avantajı ise p-bitlerin "kendi kendini düzenleyen" davranış sergileyebilmesidir. Bilim insanları, DAC'lar kullanıldığında, kullanıcı bir çoğunlukla 1 veya 0 tercihi belirttiğinde, analog bir sinyalin p-bitleri sürekli olarak eğimlendirdiğini, hepsinin aynı anda bu itme kuvvetini hissettiğini ve aynı anda bir çıktı üretme riski taşıdığını belirtiyor.
İdeal olarak, p-bit çıktılarının kademeli olarak üretilmesi gerekir. Böylece önceki p-bitlerin çıktılarını okuma ve bu bilgiyi kullanarak genel hesaplama için 0'a mı yoksa 1'e mi geçiş yapmanın daha faydalı olacağına karar verme şansı bulurlar.
Yeni sistemde, kullanıcı istenen eğilimi ayarladığında, her bir p-bitin yerel kontrol devresine dijital bir sinyal gönderiliyor. Her devre, sonraki çıktısını kendi benzersiz zamanlamasını kullanarak ürettiği için, p-bitler aynı anda güncellenmekten doğal olarak kaçınıyor. Kademeli çıktılar ayrıca birden fazla p-bitin paralel çalışmasına ve aynı anda birden fazla olası çözümü keşfetmesine olanak tanıyor, bu da çiplerin hesaplamaları daha verimli bir şekilde gerçekleştirmesini sağlıyor.
MTJ tabanlı p-bitlerin ardındaki ekip henüz geleneksel DAC tasarımlarına kıyasla performans karşılaştırmalarını yayınlamamış olsa da, bu aşamada ticarileşmenin ne kadar mümkün olduğu belirsizliğini koruyor. MTJ'ler için termal kararlılık ve anahtarlama akımını kontrol ederken güvenilirlik bilinen zorluklardır. Bununla birlikte, ekibin enerji verimliliğindeki bu atılımın, lojistik alanında yönlendirme problemlerini çözmek ve bilimsel keşiflerde devasa sayıda çözümü hızla keşfetmek gibi olasılıksal hesaplamayı diğer alanlarda daha erişilebilir hale getireceğine dair iyimserliği sürüyor.
