IBM творит чудо: чип, вдохновленный мозгом, обретает жизнь

Команда из IBM Research представили свои достижения в области разработки аналоговых чипов для задач искусственного интеллекта, используя принципы функционирования человеческого мозга.

Их новейшая работа была опубликована в журнале Nature Electronics и называется "64-ядерный вычислительный чип со смешанными сигналами, основанный на памяти с фазовым изменением для глубокого вывода нейронных сетей".

Исследователи из IBM объявили о применении нового подхода к анализу состояний, который позволяет повысить эффективность и сократить расход заряда батареи в проектах искусственного интеллекта. Один из соавторов исследования, Танос Василопулос из лаборатории IBM в Цюрихе, отметил, что «человеческий мозг способен достигать выдающихся результатов, потребляя при этом мало энергии».

Действуя аналогично тому, как синапсы взаимодействуют друг с другом в мозге, чип смешанных сигналов IBM получил 64 аналоговых ядра в памяти, каждое из которых содержит массив синаптических клеточных единиц. Преобразователи обеспечивают плавный переход между аналоговым и цифровым состояниями.

Чипы показали точность работы на уровне 92,81% на наборе данных CIFAR-10 — популярной коллекции изображений для машинного обучения.

«Мы демонстрируем точность вывода, близкую к программному эквиваленту, с помощью ResNet и сетей с длинной краткосрочной памятью», — сказал Василопулос. ResNet («остаточная нейронная сеть») — это модель глубокого обучения, которая позволяет обучать тысячи слоев нейронной сети без потери качества.

«Для достижения комплексного уменьшения задержки и энергопотребления AIMC нужно сочетать с внутрикристальными цифровыми операциями и внутрикристальной связью», — говорит Василопулос. Он добавляет, что многоядерный чип AIMC изготовлен по 14-нм комплементарной технологии «металл-оксид-полупроводник со встроенной памятью с фазовым изменением».

Исследователь отмечает, что «большие и более сложные рабочие нагрузки можно будет реализовывать в средах с низким энергопотреблением или при ограниченном заряде батареи», например, на смартфонах, в автомобилях и фотоаппаратах.

«Кроме того, поставщики облачных услуг смогут использовать эти чипы для экономии электроэнергии и уменьшения выбросов углекислого газа», — говорит он.

В IBM заявили, что будущие улучшения цифровых схем, обеспечивающие межуровневую передачу активации и промежуточное её хранение в локальной памяти, позволят выполнять на этих чипах полностью конвейерные рабочие нагрузки сквозного вывода.

Василопулос написал отдельную статью под названием «Аналоговые вычисления в памяти, достигающей совершеннолетия», опубликованную в журнале Electrical and Electronic Engineering, в которой он дал технический обзор чипа.

Он назвал разработку «первой в своём роде» и описал её как «полностью интегрированный вычислительный чип со смешанными сигналами в памяти, основанный на внутренней интегрированной памяти с фазовым изменением (PCM) в 14-нм КМОП-процессе».

Исследователь также указал, что чип содержит 64 ядра AIMC, каждое из которых имеет массив памяти размером 256x256 элементарных ячеек. Элементарные ячейки состоят из четырёх устройств PCM, что в сумме даёт более 16 млн. Каждое ядро также имеет лёгкий цифровой процессор, который выполняет функции активации, накопления и операции масштабирования.