Energiatehokas tekoälysiru

Münchenin teknisen yliopiston (TUM) professori Hussam Amrouch on kehittänyt tekoälyä tukevan arkkitehtuurin, joka on kaksi kertaa tehokkaampi kuin vastaavat sisäiseen muistiin tukeutuvat laskentamenetelmät.

Professori Amrouch soveltaa uutta laskennallista paradigmaa käyttämällä erityisiä ferrosähköisiä kenttävaikutustransistoreita (FeFET).

Muutaman vuoden sisällä tämä voi osoittautua hyödylliseksi generatiiviselle tekoälylle, syväoppimisalgoritmeille ja robottisovelluksille.

Perusidea on yksinkertainen: toisin kuin aiemmissa siruissa, joissa transistoreilla tehtiin vain laskelmia, ne ovat nyt myös datan tallennuspaikka. Tämä In-Memory laskentatapa säästää aikaa ja energiaa ja siten sirujen suorituskyky paranee.

Transistorit, joilla professori tekee laskelmia ja tallentaa dataa, ovat kooltaan 28 nanometriä ja niitä on miljoonia kussakin uudessa tekoälysirussa.

Tulevaisuuden sirujen tulee olla nopeampia ja tehokkaampia kuin aikaisemmat. Tämä on olennaista, jos niillä aiotaan tukea sellaisiasovelluksia, kuten reaaliaikaisia laskelmia, jollaista drone esimerkiksi tarvitsee lennossa. "Tällaiset tehtävät ovat tietokoneelle erittäin monimutkaisia ja energiannälkäisiä", professori selvittää yliopistonsa tiedotteessa.

Uusia avainvaatimuksia näille sirulle esitetään matemaattisesti parametrilla TOPS/W: (tera-operations per second per watt).

Uusi AI-siru, joka on kehitetty yhteistyössä Boschin ja Fraunhofer IMPS:n kanssa ja jota tuotantoprosessissa tukee yhdysvaltalainen GlobalFoundries, voi tuottaa 885 TOPS/W. Tämä tekee siitä kaksi kertaa tehokkaamman kuin vastaavat AI-sirut, mukaan lukien Samsungin MRAM-siru. Nykyään yleisesti käytetyt CMOS-sirut toimivat välillä 10–20 TOPS/W.

Ferrosähköisien FeFET:en erityisiä lisäominaisuuksia ovat napojen vaihto, kun jännite on kytketty ja ne voivat tallentaa informaatiota myös silloin, kun niiltä on katkaistu käyttöteho. Lisäksi ne takaavat datan samanaikaisen tallennuksen ja käsittelyn transistoreissa.

Professori Amrouch uskoo, että menee kolmesta viiteen vuotta, ennen kuin ensimmäiset tosielämän sovelluksiin sopivat muistisirut tulevat saataville. Yksi syy tähän on muun muassa teollisuuden turvallisuusvaatimuksissa. Ennen kuin tällaista teknologiaa voidaan käyttää esimerkiksi autoteollisuudessa, ei riitä, että se toimii luotettavasti. Sen on myös täytettävä alan erityiskriteerit.

Aiheesta aiemmin:

Ferrosähköinen transistori muistaa ja laskee

RAM:ina ja ROM:ina toimivia sirukomponentteja