В Китае разработали гибридный стохастический вычислительный чип SoC на RISC-V

Как сообщает Guangming Daily, исследовательская группа под руководством профессора Ли Хунхэ из Школы электроники и информационных технологий Бэйханского университета (Пекинский университет аэронавтики и астронавтики, BUAA) успешно разработала новаторский вычислительный чип — гибридный стохастический вычислительный чип SoC.

Этот чип, основанный на полностью независимой архитектуре RISC-V с открытым исходным кодом, отличается высокой отказоустойчивостью, устойчивостью к помехам и высокой энергоэффективностью. Это революционное достижение в области числового представления (переосмысление двоичных чисел), вычислительных алгоритмов (вычисления в оперативной памяти) и гетерогенной вычислительной архитектуры (проектирование SoC). Это достижение устанавливает новую вычислительную парадигму, основанную на гибридных стохастических числах, и представляет собой оригинальную инновацию от представления числовой системы до реализации на чипе, способствующую развитию высокопроизводительных интеллектуальных вычислений в Китае.

Вычислительная мощность — ключевой показатель, отражающий промышленный потенциал страны. Высокая вычислительная мощность или высокая энергоэффективность — основа интеллектуальных вычислений. Однако современные технологии производства вычислительных чипов сталкиваются с двумя серьёзными проблемами: «стена мощности» и «архитектурная стена». Первая возникает из-за противоречия между неэффективностью двоичного представления информации и высоким энергопотреблением; вторая связана с несовместимостью чипов на некремниевой основе с традиционными КМОП-чипами и их вычислительными архитектурами.

Чтобы решить эти проблемы, команда долгое время занималась вычислительными механизмами и проектированием микросхем для работы с недвоичными числами. Они предложили новый тип представления чисел — гибридное стохастическое число (HSN), — которое сочетает в себе двоичные и стохастические числа. Профессор Ли объясняет, что стохастические вычисления выражают значения через вероятность того, что логический сигнал КМОП-схемы останется «высоким» в течение заданного периода времени. Другими словами, частота импульсов высокого уровня представляет собой числовую вероятность.

В этом исследовании впервые проанализированы и объединены математические взаимосвязи между двоичными числами, традиционными стохастическими числами и гибридными стохастическими числами. В нём построены математические представления для всех трёх систем и проанализированы их характеристики, в том числе высокая отказоустойчивость, устойчивость к помехам и высокая энергоэффективность. Эта работа закладывает основу для новой вычислительной парадигмы, открывая путь к решению проблем энергопотребления и архитектуры в вычислительных чипах на основе кремния.

В настоящее время эта технология коммерциализируется и применяется в таких областях, как распознавание касаний, отображение приборов и вычисления для управления полётом. Профессор Ли утверждает, что команда разрабатывает расширенный набор команд и микроархитектуру специально для гибридных стохастических вычислений. Цель состоит в том, чтобы поддерживать функции, включая обработку голоса и изображений, интеллектуальные вычисления (в том числе ускорение больших моделей ИИ) и различные формы сложных вычислений. Специализированные операторы на кристалле могут обеспечить задержку на уровне микросекунд, удовлетворяя двойную потребность в производительности специализированного оборудования и гибких программных вычислениях.