Προσέγγιση στα Μικροτσίπ μας Φέρνει Καλύτερα στην Πραγματική Υπολογιστική του AI

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Πρίνστον έχουν αναπτύξει συν-σχεδιασμένο υλικό και λογισμικό για να αυξήσουν την ταχύτητα και την αποτελεσματικότητα των ειδικών συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης (AI).

Ο Naveen Verma είναι καθηγητής ηλεκτρολογικού και υπολογιστικού μηχανικού στο Πρίνστον, ο οποίος ηγείται της ερευνητικής ομάδας.

«Το λογισμικό είναι ένα κρίσιμο μέρος για την ενεργοποίηση νέου υλικού», είπε ο Verma. «Η ελπίδα είναι ότι οι σχεδιαστές θα μπορούν να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν το ίδιο σύστημα λογισμικού – και απλώς να το κάνουν να δουλεύει δέκα φορές πιο γρήγορα και αποτελεσματικά».

Τα συστήματα που αναπτύχθηκαν από τους ερευνητές μειώνουν την ενεργειακή ζήτηση και την ποσότητα δεδομένων που πρέπει να ανταλλαχθούν από απομακρυσμένους серверς. Με αυτό, οι εφαρμογές του AI όπως το λογισμικό πιλότου για drones μπορούν να πραγματοποιηθούν στην άκρη της υπολογιστικής υποδομής.

Ο Verma είναι επίσης ο διευθυντής του Κέντρου Καινοτομίας του Πανεπιστημίου για την Εκπαίδευση Μηχανικών.

«Για να κάνουμε το AI προσιτό στη διαδικασία σε πραγματικό χρόνο και συχνά προσωπική διαδικασία γύρω μας, πρέπει να αντιμετωπίσουμε την καθυστέρηση και την ιδιωτικότητα μεταφέροντας τον εαυτό της υπολογιστικής διαδικασίας στην άκρη» είπε ο Verma. «Και αυτό απαιτεί και ενεργειακή αποτελεσματικότητα και απόδοση».

Νέα Σχεδιασμός Chip

Η ομάδα από το Πρίνστον ανέπτυξε einen νέο σχεδιασμό chip πριν από δύο χρόνια, και αυτό ήταν για να βελτιώσει την απόδοση των νευρωνικών δικτύων. Ο chip μπορούσε να εκτελέσει δεκάδες έως εκατοντάδες φορές καλύτερα από άλλα μικροτσίπ στην αγορά.

«Η κύρια ελάττωμα του chip είναι ότι χρησιμοποιεί μια πολύ ασυνήθιστη και διαταρακτική αρχιτεκτονική», είπε ο Verma το 2018. «Αυτό πρέπει να συμφωνηθεί με την τεράστια ποσότητα υποδομής και μεθοδολογίας σχεδιασμού που έχουμε και χρησιμοποιούμε σήμερα».

Ο chip συνεχίστηκε να βελτιώνεται τα επόμενα δύο χρόνια, και ένα σύστημα λογισμικού δημιουργήθηκε για να επιτρέψει στα συστήματα του AI να χρησιμοποιήσουν την νέα τεχνολογία αποτελεσματικά. Η ιδέα ήταν ότι οι νέοι chip θα μπορούσαν να επιτρέψουν στα συστήματα να είναι ανεξάρτητα σε υλικό και εκτέλεση λογισμικού.

«Είναι προγραμματιζόμενο σε όλα αυτά τα δίκτυα», είπε ο Verma. «Τα δίκτυα μπορούν να είναι πολύ μεγάλα, και μπορούν να είναι πολύ μικρά».

Η καλύτερη περίπτωση για υπολογιστική διαδικασία είναι να πραγματοποιηθεί στην ίδια την τεχνολογία, και όχι σε ένα απομακρυσμένο υπολογιστή. Ωστόσο, αυτό απαιτεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας και αποθήκευσης μνήμης, που καθιστά δύσκολο το σχεδιασμό ενός τέτοιου συστήματος.

Για να ξεπεραστούν αυτές οι περιορισμοί, οι ερευνητές σχεδίασαν ένα chip που εκτελεί υπολογιστική διαδικασία και αποθηκεύει δεδομένα στην ίδια περιοχή, που ονομάζεται υπολογιστική διαδικασία στη μνήμη. Αυτή η τεχνική μειώνει την ενέργεια και τον χρόνο που απαιτείται για την ανταλλαγή πληροφοριών με αφορισμένη μνήμη.

Για να αποφευχθεί η αναλογική λειτουργία, η οποία απαιτείται για την υπολογιστική διαδικασία στη μνήμη και είναι ευαίσθητη σε διατάραξη, η ομάδα βασίστηκε σε tụτες αντί για τρανζίστορ στο σχεδιασμό του chip. Οι tụτες δεν επηρεάζονται από τις μεταβολές της τάσης, και είναι πιο ακριβείς.

Παρά τις διάφορες άλλες προκλήσεις που περιβάλλουν τα αναλογικά συστήματα, αυτά έχουν πολλά πλεονεκτήματα όταν χρησιμοποιούνται για εφαρμογές όπως τα νευρωνικά δίκτυα. Οι ερευνητές τώρα προσπαθούν να συνδυάσουν τα δύο είδη συστημάτων, καθώς τα ψηφιακά συστήματα είναι κεντρικά, ενώ τα νευρωνικά δίκτυα που βασίζονται σε αναλογικά chip μπορούν να εκτελέσουν γρήγορες και αποτελεσματικές ειδικές λειτουργίες.