Учёные Пекинского университета представили уникальный аналоговый процессор, способный решать задачи в тысячу раз быстрее, чем современные цифровые чипы от Nvidia и AMD. Исследование, опубликованное в журнале Nature Electronics в октябре, утверждает: новая разработка демонстрирует не только впечатляющую скорость, но и в сто раз лучшую энергоэффективность по сравнению с GPU Nvidia H100 и AMD Vega 20.

Возрождение аналоговых вычислений

На протяжении десятилетий аналоговые вычисления считались бесперспективными из-за сложности работы с непрерывными физическими сигналами — напряжением, током и шумом. Цифровые процессоры, оперирующие простыми «нулями» и «единицами», оказались более надёжными и предсказуемыми. Однако сегодня ситуация изменилась.
Современные цифровые платформы достигли предела по производительности и энергоэффективности, а дальнейшее масштабирование требует колоссальных затрат. На этом фоне аналоговые методы, усиленные новыми технологиями, получают второе дыхание.

Как устроен новый чип

Разработка китайских инженеров основана на резистивной памяти с произвольным доступом (RRAM или ReRAM). Этот тип памяти хранит и обрабатывает данные напрямую с помощью изменения силы электрического тока, проходящего через ячейки, без перевода информации в двоичный код.
Такой принцип позволяет выполнять вычисления прямо «на месте» — данные не нужно постоянно передавать между памятью и процессором, как это происходит в цифровых системах. В результате энергопотребление снижается в сотни раз, а скорость обработки данных значительно возрастает.

Практическое применение

Испытания показали, что новый чип особенно эффективен в задачах инверсии матриц для MIMO-систем (технологии с множеством входов и выходов), применяемых в сетях Wi-Fi и мобильной связи.
В условиях растущих нагрузок на эфир, особенно на фоне подготовки к внедрению сетей 6G, такие решения могут стать настоящим спасением. По результатам экспериментов, аналоговый чип Пекинского университета оказался в тысячу раз производительнее по сравнению с графическими ускорителями Nvidia и AMD, используемыми для аналогичных задач.

Как удалось достичь высокой точности

Главная проблема аналоговых вычислений — низкая точность — была решена с помощью комбинированной архитектуры. Учёные разделили систему на два модуля:

• основной, обеспечивающий сверхбыструю обработку данных;

• прецизионный, который работает медленнее, но позволяет добиться почти цифровой точности вычислений.

Такой гибридный подход делает возможным использование аналоговых чипов даже в задачах искусственного интеллекта, где требуется высокая точность и минимальные задержки.

Что это значит для индустрии

Новая технология не заменит цифровые процессоры мгновенно, но способна занять свою нишу — прежде всего там, где важна высокая скорость и энергоэффективность. В будущем такие чипы могут использоваться в телекоммуникациях, беспилотных системах и устройствах «умных» сетей, где миллионы сигналов нужно обрабатывать в реальном времени.

Исследователи уверены: сочетание аналоговых и цифровых методов — это не шаг назад, а новое направление развития вычислительной техники. И, похоже, в этой гонке китайские учёные сделали весомый рывок вперёд.