Problém storočia vyriešený
Vedci z Pekinskej univerzity nedávno predstavili čip, ktorý môže znamenať jeden z najvýznamnejších prelomov v oblasti výpočtovej techniky za posledné desaťročia. Tento nový analógový čip údajne dosahuje až tisícnásobne vyšší výkon ako najvýkonnejšie grafické procesory súčasnosti, napríklad Nvidia H100 či AMD Vega 20. Spotrebuje pritom iba zlomok energie. Výskumníci tým podľa vlastných slov vyriešili takzvaný „problém storočia“ analógových výpočtov, teda technickú prekážku, ktorá brzdila rozvoj analógových procesorov viac než sto rokov.
Ako píše portál Live Science, podstata tohto objavu spočíva v kombinácii analógového a digitálneho prístupu k výpočtom. Analógové systémy boli dlho považované za nepresné a ťažko škálovateľné, pretože pracujú s plynulými fyzikálnymi veličinami, ktoré sú náchylné na šum, kolísanie napätia či teploty.
Digitálne počítače tieto problémy vyriešili tým, že prevádzajú údaje na nuly a jednotky. Vďaka tomu dosahujú vysokú mieru stability a opakovateľnosti. Analógové výpočty však majú jednu zásadnú výhodu. Dokážu spracúvať obrovské množstvá údajov súčasne, pretože samotný fyzikálny proces, napríklad prechod elektrického prúdu obvodom, reprezentuje výpočet. Vďaka tomu môžu byť oveľa rýchlejšie a energeticky efektívnejšie, ak sa ich podarí stabilizovať.
Neuveriteľne výkonný a neuveriteľne úsporný
Tím čínskych vedcov dosiahol prelom tým, že vytvoril takzvaný hybridný analógovo-digitálny čip. Základom jeho fungovania sú pamäťové prvky typu RRAM (resistive random-access memory). Tie dokážu súčasne uchovávať a spracúvať informácie v závislosti od odporu materiálu, cez ktorý prechádza elektrický prúd.
Týmto spôsobom čip eliminuje potrebu neustále prenášať dáta medzi procesorom a pamäťou, čo je jedna z najväčších prekážok rýchlosti a efektivity dnešných digitálnych procesorov. Dáta sa spracúvajú priamo tam, kde sa ukladajú, čo vedci nazývajú výpočtom „v pamäti“.
Podľa údajov zverejnených vo vedeckom časopise Nature Electronics dosiahol čip v laboratórnych testoch výsledky, ktoré prekonávajú najlepšie komerčne dostupné procesory o tri rády, teda približne tisícnásobne vyšší výkon. Zároveň je až stonásobne energeticky efektívnejší, keďže pri výpočtoch spotrebúva podstatne menej energie.
Hybridný čip zvládol úlohu, na ktorú nestačili ani superpočítače
V rámci testov sa výskumníkom podarilo úspešne vyriešiť zložitú matematickú operáciu nazývanú inverziu matice. Tá je základom mnohých procesov v oblasti umelej inteligencie, spracovania signálov, či v komunikačných technológiách, vrátane budúcich sietí 6G. Doteraz bola táto úloha pre analógové systémy prakticky neriešiteľná s dostatočnou presnosťou.
Nový čip však využíva systém, kde analógová časť vykonáva výpočty mimoriadne rýchlo, zatiaľ čo digitálny modul priebežne upravuje drobné nepresnosti. Táto kombinácia prináša výkon analógových zariadení a presnosť digitálnych procesorov v jednom riešení.
Zásadným faktorom tohto objavu je aj to, že čip bol vyrobený pomocou bežne dostupného, komerčne využívaného výrobného procesu, ktorý sa používa aj pri výrobe súčasných polovodičov. Znamená to, že jeho implementácia do praxe by nevyžadovala žiadne špeciálne zariadenia ani výrobné linky, čo by mohlo výrazne urýchliť jeho uvedenie na trh a znížiť náklady na produkciu.
Objav z Číny preto púta pozornosť nielen vedeckej, ale aj technologickej komunity po celom svete. Ak sa výsledky potvrdia aj v praxi, mohlo by ísť o významný krok smerom k novému typu výpočtových systémov, ktoré kombinujú rýchlosť analógového spracovania s presnosťou digitálnej kontroly.
