Yapay zeka ve 6G gibi teknolojiler için kritik bir eşik aşılmak üzere… Çinli bilim insanları, ikili 1’ler ve 0’larla hesap yapan standart dijital işlemcilerin aksine, kendi fiziksel devreleri üzerinde sürekli akımlarla çalışan, tamamen yeni bir analog çip konsepti geliştirdi. Pekin Üniversitesi’nden araştırmacılar, bu yeni mimarinin, Nvidia ve AMD’nin en üst düzey grafik işlem ünitelerini (GPU) performans açısından 1.000 kata kadar geride bırakabileceğini iddia ediyor.

Geliştiricilere göre bu çip, modern dijital çiplerin karşılaştığı enerji ve veri kısıtlamalarının yanı sıra analog hesaplamanın yüzyıllık düşük hassasiyet sorununu aynı anda çözüyor.

Yeni çip, büyük çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) sistemlerinde kullanılan matris ters çevirme gibi kompleks iletişim sorunları üzerinde test edildiğinde, standart dijital işlemcilerin doğruluğuna ulaşırken yaklaşık 100 kat daha az enerji tüketti. Yapılan ayarlamalarla birlikte cihazın, AI model eğitiminde önemli rol oynayan Nvidia H100 ve AMD Vega 20 gibi üst düzey GPU’ların performansını bin kata kadar geride bıraktığı belirtildi.

Dirençli bellek hücreleriyle gelen yüksek verimlilik

Çinli bilim insanlarının geliştirdiği bu yeni sistem, elektrik akışının ne kadar kolay aktığını ayarlayarak verileri depolayan ve işleyen dirençli rastgele erişimli bellek (RRAM) hücre dizilerinden oluşuyor.

Dijital işlemciler veriyi ikili kodlarla işlerken, analog tasarım bilgiyi RRAM hücreleri ağı boyunca sürekli elektrik akımları olarak işliyor. Bu tasarım, çipin verileri doğrudan kendi donanımı içinde işlemesini sağlıyor. Böylece, harici bir bellek kaynağına bilgi taşıma gibi enerji yoğun bir göreve ihtiyaç duyulmuyor.

Araştırmacılar, bu analog yaklaşımın, özellikle geleneksel dijital cihaz ölçeklendirmesi zorlaştıkça artan büyük veri ihtiyacı olan uygulamalar için bir çözüm sunduğunu belirtiyor: “Kıyaslamalar, analog hesaplama yaklaşımımızın aynı hassasiyet için en son teknoloji dijital işlemcilerden 1.000 kat daha yüksek verim ve 100 kat daha iyi enerji verimliliği sunabileceğini gösteriyor.”

Elbette analog hesaplama yeni bir kavram değil ve hatta geçmişi 2.000 yıl önce inşa edilen Antikythera mekanizmasına kadar uzanıyor. Ancak analog teknoloji, sürekli fiziksel sinyallere dayandığı için dijital işlemcilere göre hassasiyetinin zor kontrol edilmesi nedeniyle modern bilgisayar tarihinde pratik olmayan bir alternatif olarak görülüyordu.

Büyük miktarda bilgi, daha az enerji

Yine de analog sistemler hız ve verimlilik konusunda daha üstün görülüyorlar. Hesaplamaları uzun ikili kod dizilerine bölmek yerine fiziksel işlemler olarak temsil ettikleri için, aynı anda büyük miktarda bilgiyi çok daha az enerji kullanarak işleyebiliyorlar.

Ekip, bellek donanımındaki son gelişmeleri kullanarak analog hesaplamayı tekrar uygulanabilir hale getirmiş durumda. Araştırmacılar, çipin RRAM hücrelerini iki devreye ayırarak biri hızlı ama yaklaşık bir hesaplama sunan, diğeri ise daha kesin bir sonuca ulaşana kadar sonucu sürekli olarak iyileştiren bir yaklaşım benimsediğini söylüyor.

Bu yapılandırma, analog hesaplamanın yüksek hızını, dijital işlemenin hassasiyetiyle birleştirmeyi başarmış gibi görünüyor. Ancak bu başarının belki de en önemli yanı, çipin ticari bir üretim süreci kullanılarak üretilmesi sayesinde potansiyel olarak seri üretime geçilebilecek olması. Araştırmacılar, bir sonraki hedeflerinin, daha karmaşık sorunları daha yüksek hızlarda çözebilecek daha büyük ve tam entegre çipler üretmek olduğunu belirtiyor.