我國(guó)科學(xué)家創(chuàng)出全新計(jì)算架構(gòu)提升算力

“傅里葉變換”是頻率的“翻譯器”，可將聲音、圖像等復(fù)雜信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率語(yǔ)言，是科學(xué)和工程領(lǐng)域一種基礎(chǔ)且應(yīng)用廣泛的計(jì)算方式。北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)出一種全新的多物理域融合計(jì)算架構(gòu)，可利用后摩爾新器件支持傅里葉變換，使算力提升近4倍，為具身智能、邊緣感知、類腦計(jì)算、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域開辟新的可能。該成果9日發(fā)表于《自然-電子學(xué)》。

近年來，新型計(jì)算場(chǎng)景不斷涌現(xiàn)，對(duì)運(yùn)算速度、精度等要求越來越高，而傳統(tǒng)硅基器件經(jīng)過近幾十年發(fā)展已逼近極限。以憶阻器、光電器件為代表的后摩爾時(shí)代的新型器件憑借獨(dú)特的計(jì)算性能，被視為突破算力與能效困局的希望。然而，這些新器件往往由于可支持的計(jì)算方式單一，無法適配實(shí)際應(yīng)用中多樣化計(jì)算方式的需求“跑不起來”，嚴(yán)重制約著算力和效能提升。

北京大學(xué)人工智能研究院研究員陶耀宇、集成電路學(xué)院教授楊玉超組成的科研團(tuán)隊(duì)，瞄準(zhǔn)傅里葉變換這一通用計(jì)算方式，創(chuàng)造性地將“易失性氧化釩器件”與“非易失性氧化鉭/鉿器件”這兩種適合做頻率轉(zhuǎn)換載體的新器件，在多物理域融合架構(gòu)下進(jìn)行系統(tǒng)集成，做出了可應(yīng)用于傅里葉變換等多樣化計(jì)算方式的硬件系統(tǒng)。

“這種計(jì)算架構(gòu)可讓多種計(jì)算方式在其適合的物理域如電流、電荷、光等進(jìn)行計(jì)算，使計(jì)算效率更高。”陶耀宇介紹，兩種器件在系統(tǒng)集成后充分發(fā)揮了在頻率生成調(diào)控與存算一體方面的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，在保證計(jì)算精度、降低計(jì)算功耗的前提下，將傅里葉變換計(jì)算速度從當(dāng)前每秒約1300億次提升至每秒約5000億次，運(yùn)算速度提升數(shù)倍。

陶耀宇表示，新的計(jì)算框架有望突破后摩爾新器件的算子譜系擴(kuò)展難題，即可同時(shí)支持多種計(jì)算方式，使新器件能真正“跑起來”，加速新器件在人工智能基礎(chǔ)模型、具身智能、自動(dòng)駕駛、腦機(jī)接口、通信系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域的落地應(yīng)用。