Для ИИ разработали новый подход к созданию логических элементов компьютеров
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) разработали новый подход к созданию логических элементов для современных компьютерных архитектур систем искусственного интеллекта (ИИ). Технология позволит разрабатывать компактные и энергоэффективные микросхемы с энергонезависимым хранением состояний в памяти, работающие на новых физических принципах. Об этом сообщает информационное агентство «ТАСС».
«В рамках работы над созданием нейроморфных чипов нового поколения мы разработали новый метод построения интегральных логических КМОП-ReRAM элементов с асинхронной записью и энергонезависимым хранением логических состояний, совмещающих функции вычисления и хранения данных при высокой плотности интеграции. Основу данных элементов составляют логический блок и ячейки энергонезависимой резистивной памяти - ReRAM, интегрируемые в заключительный этап производства полупроводниковых чипов с применением метода молекулярного наслаивания», - говорит начальник научно-исследовательской лаборатории «Нейроморфная электроника и вычисления в памяти» (НИЛ «НМЭВП») Наталья Андреева.
Уточняется, что сегодня для построения цифровых микросхем классических архитектур вычислительных машин используется комплементарная МОП-логика (КМОП-логика). Вместе с тем бурное развитие систем искусственного интеллекта подразумевает ресурсоемкое и эффективное исполнение нейросетевых алгоритмов для обработки информации в режиме реального времени. Для этих целей классическая архитектура фон Неймана не в полной мере подходит из-за ограничения производительности вычислений. Более того, существует резкое расхождение в скорости работы процессора и оперативной памяти.
Вышеперечисленные проблемы стимулировали развитие архитектур, в которых вычисления выполняются непосредственно «в памяти» или «рядом с памятью». Это сокращает перемещение данных, повышая производительность и энергоэффективность. Разработка подобных архитектур требует не только принципиально другой электронной компонентной базы, но и других подходов к проектированию логических элементов микросхем.
Как рассказали в вузе, разработанные в ЛЭТИ логические элементы, использующие пары встречно-последовательно включенных ячеек резистивной памяти для энергонезависимого хранения состояний, рассматриваются как основа высокопроизводительных и энергоэффективных архитектур для вычислений рядом с памятью. Эти элементы обеспечивают выполнение логических операций и сохранение выходных состояний за один такт, что напрямую повышает быстродействие.
«Асинхронная запись состояний в ячейки происходит без дополнительных тактовых импульсов, реализуя энергонезависимую обработку данных и повышая надежность вычислительных систем. Входные и выходные напряжения элементов соответствуют стандартным уровням КМОП-логики, что исключает необходимость в согласующих схемах и дополнительно снижает энергопотребление», - отметил профессор кафедры микро- и наноэлектроники (МНЭ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ведущий научный сотрудник НИЛ «НМЭВП» Евгений Рындин.
По его словам, полная технологическая совместимость с КМОП-процессами достигается за счет интеграции наноразмерных слоев памяти на заключительном этапе производства интегральных схем, позволяя внедрить разработку в серийное производство с минимальными экономическими затратами.
Подготовил Роман БОНДАРЧУК, УзА