Зроблено в Китаї: нові мемристори пришвидшили обробку даних ШІ у 7,7 разів

Китайські дослідники представили нову технологію обробки та сортування даних системами ШІ з використанням мемристорів.

Мемристори — електронні елементи, здатні змінювати опір в залежності від того, які електричні заряди протікають крізь них. Вони здатні імітувати функції обробки та зберігання інформації подібно до того, як це робить людський мозок.

Китайські науковці поєднали використання мемристорів із передовим алгоритмом сортування даних для більш ефективної обробки великих обсягів інформації. За їхніми словами, такий підхід може допомогти подолати обмеження продуктивності не лише в обчисленнях, а й в системах штучного інтелекту та проектуванні обладнання.

Окрім ШІ, потенційні застосунки із використанням цієї технології включають інтелектуальні транспортні системи, які аналізують зображення в режимі реального часу, та фінансові послуги, які потребують швидкої оцінки ризиків. Команда дослідників створила прототип апаратного сортування на основі мемристорів. За результатами випробувань цей прототип успішно впорався із такими завданнями, як складання маршруту, забезпечивши більш високу продуктивність та менше споживання енергії порівняно з традиційними методами сортування.

Зазначається, що загалом система продемонструвала збільшення пропускної спроможності у 7,7 разів та у 160 разів кращу енергоефективність. Окрім цього ефективність використання обсягу пам’яті зросла у 32 рази. Дослідники також пояснюють, що сортування інформації залишається ключовим фактором, що обмежує продуктивність багатьох застосунків, від ШІ до баз даних, пошуку в інтернеті та наукових обчислень.

Традиційні обчислювальні системи засновані на архітектурі фон Неймана, яка розділяє функції зберігання та обробки даних, зазвичай використовуючи центральний процесор для виконання обчислень. Китайські дослідники зазначають, що архітектура фон Неймана має вагомий недолік, що обмежує швидкість передачі даних між пам’яттю та процесорами. Вони підкреслюють, що хоча система із використанням мемристорів може допомогти подолати ці обмеження, сучасні системи як і раніше, залежать від операцій порівняння, що обмежує продуктивність сортування. 

На відміну від звичайних резисторів, які просто зменшують потік електрики в ланцюзі, мемристори мають унікальну здатність запам’ятовувати, скільки електричного заряду пройшло через них. Ця функція пам’яті дозволяє мемристорам регулювати свій опір на основі попередньої активності, що дозволяє їм виступати як компонентами зберігання, так і компонентами обробки.

Об’єднавши ці функції, мемристори можуть усунути необхідність передачі даних між окремими блоками пам’яті та обробки, що потенційно призведе до створення більш швидких та енергоефективних обчислювальних систем. Традиційне апаратне сортування спирається на центральні процесори, графічні процесори або спеціалізовані чипи, які порівнюють числа крок за кроком за допомогою алгоритмів сортування. Натомість новий метод використовує мемристори для виконання ітеративного сортування на основі пошуку, знаходячи мінімальні або максимальні значення без прямого порівняння кожної пари, що в свою чергу заощаджує час та енергію.

Результати дослідження були опубліковані у журналі Nature Electronics

Джерело: Interesting Engineering