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據(jù)最新《自然·電子學(xué)》雜志，包括意大利米蘭理工大學(xué)在內(nèi)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型“智能”芯片，采用創(chuàng)新的架構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠在顯著降低能耗的同時(shí)大幅提升數(shù)據(jù)處理速度，有望突破長(zhǎng)久以來的計(jì)算能耗瓶頸。該研究是面向研發(fā)更緊湊、高效、可持續(xù)計(jì)算設(shè)備的重要進(jìn)展，其在人工智能（AI）、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、下一代無線通信乃至機(jī)器人、數(shù)據(jù)中心、5G/6G網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

該芯片基于內(nèi)存計(jì)算架構(gòu)，其核心優(yōu)勢(shì)在于解決了傳統(tǒng)計(jì)算體系在內(nèi)存與處理器間頻繁搬運(yùn)數(shù)據(jù)的問題，通過減少內(nèi)部數(shù)據(jù)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更高能效與更快處理速度。團(tuán)隊(duì)展示了一款全集成模擬加速器，采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造，可用于求解線性與非線性方程組。

芯片集成了兩個(gè)64×64可編程電阻存儲(chǔ)器陣列，每個(gè)陣列以網(wǎng)格形式排列存儲(chǔ)單元。單元基于靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器技術(shù)，并結(jié)合集成電阻實(shí)現(xiàn)多級(jí)可編程電阻。此外，芯片還集成了包括運(yùn)算放大器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的模擬處理元件，形成一種創(chuàng)新的模擬計(jì)算架構(gòu)。

該設(shè)計(jì)使得復(fù)雜計(jì)算任務(wù)能在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)部直接完成，無需將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至外部處理器，從而大幅降低了計(jì)算延遲。實(shí)際測(cè)試表明，該芯片在精度接近傳統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)的前提下，實(shí)現(xiàn)了更低的功耗、更短的計(jì)算時(shí)間與更小的芯片面積。

研究團(tuán)隊(duì)表示，這款集成芯片證明了模擬計(jì)算等創(chuàng)新架構(gòu)在工業(yè)應(yīng)用層面的可行性。團(tuán)隊(duì)目前正致力于推動(dòng)該技術(shù)在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用，特別是在AI領(lǐng)域，以降低計(jì)算過程中的能源消耗。

此項(xiàng)工作展現(xiàn)了學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的國際合作成果，參與機(jī)構(gòu)包括來自多國的大學(xué)與研究團(tuán)隊(duì)，共同推進(jìn)模擬內(nèi)存計(jì)算在高性能、高能效應(yīng)用中的發(fā)展。

【總編輯圈點(diǎn)】

傳統(tǒng)的芯片，就像一輛馬力強(qiáng)大但油耗驚人的跑車；而新型“智能”芯片，好比一輛節(jié)能的新能源超級(jí)跑車，實(shí)現(xiàn)了“魚與熊掌兼得”。后者通過全新的內(nèi)部架構(gòu)設(shè)計(jì)，減少了內(nèi)部數(shù)據(jù)的流動(dòng)，讓信息傳輸更加便捷快速，因此計(jì)算速度獲得飛躍式提升，處理復(fù)雜任務(wù)的效率大大提高。不僅如此，由于新型芯片減少了內(nèi)部數(shù)據(jù)的“繞路”，將每一份能量都用在“刀刃”上，從而實(shí)現(xiàn)了能耗的大幅降低，用更少的能量，完成更快、更強(qiáng)大的運(yùn)算。