中国团队成功研制出新型芯片！特定任务中算力

编辑 | 云昭

数字计算统治计算机世界半个多世纪后，一场“后摩尔时代”的技术地震正在中国发生。

北京大学人工智能研究院孙仲团队，联合集成电路学院研究团队，成功研制出全球首个基于阻变存储器的高精度、可扩展模拟矩阵计算芯片。这枚芯片首次将模拟计算的精度提升至24位定点级别，让曾被视为“老旧技术”的模拟计算重新焕发生命。

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实测结果显示，在求解大规模MIMO信号检测等关键科学问题时，这枚芯片的计算吞吐量与能效较顶级GPU提升百倍至千倍。相关成果于10月13日发表在国际顶刊《Nature Electronics》（《自然·电子学》）上。

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一项“教科书技术”的重生

论文通讯作者、北大人工智能研究院孙仲教授介绍，

“模拟计算是早期计算机的核心技术，通过物理定律直接运算，具有高并行、低延时、低功耗的先天优势。”

但随着数字计算精度和可编程性的崛起，传统模拟计算因精度低、难扩展而逐渐退出历史舞台。

“如何让模拟计算兼具高精度与可扩展性，从而在现代计算任务中发挥其先天优势，一直是困扰全球科学界的‘世纪难题’。”“数字计算虽精度高，但速度慢，并存在冯·诺依曼架构的‘内存墙’问题，已成为人工智能、科学计算和6G通信发展的瓶颈。”

模拟计算有何不同？

那么，什么是“模拟计算”？孙仲打了个形象的比方：

“现在的所有芯片都是数字计算，数据都需要先转换成0和1的符号串。比如数字‘十’，需要转译成‘1’和‘0’，计为‘1010’。”

如果我们用二进制写“1+1=2”，那它其实是“1+1=10”。

而模拟计算则完全不同。

“模拟计算则无需这层‘转译’，它是一种‘类比计算’（analogue computing），可以直接用连续的物理量（如电压、电流）来类比数学上的数字。比如，数学上的‘十’，可以直接用十伏或十毫伏的电压来表示。”

简单来说，数字计算靠符号表达世界，而模拟计算直接“让世界自己算”。

这种技术在计算机发展的早期——上世纪30到60年代——曾被广泛应用。那时的科学家用电压、电流、齿轮和旋钮求解复杂方程。但随着计算任务变得庞大而精密，模拟计算的“精度短板”暴露出来，逐渐被数字计算取代，成为教科书里的旧章节。