改IBM的报告介绍了一种新的8位模拟芯片

IBM的报告介绍了一种新的8位模拟芯片

12月3号，在旧金山举行的IEEE国际电子器件会议（IEEE International Electron Devices Meeting）上，来自IBM的报告介绍了一种新的8位模拟芯片。但真正的发展并不是模拟芯片追赶上了数字芯片，而是对芯片架构的彻底重新思考。该芯片是第一个在存储信息的地方执行8位计算的芯片。

这项研究的首席研究员Abu Sebastian（来自IBM苏黎世研究中心）说，在传统的冯·诺依曼芯片架构中，数据不断地在内存和处理器之间穿梭，这消耗了宝贵的能量和时间。内存计算是降低功耗同时提高性能的合乎逻辑的下一步。这方面的进步对于硬件跟上人工智能的发展是必要的。

IBM的新型模拟芯片是基于相变存储器的。关键成分是一种可以对电流作出反应而发生相变的材料。它们通常是锗、碲和锑的合金。在导电的那个相中，原子排列得很整齐。在另一个不导电的相中，原子四处运动，被电流局部加热，变得杂乱无章

。

两个电极之间的相变材料不会像0和1那样在有序和杂乱的排列之间完全切换。相反，在任何时间点，都是两种排列的混合：材料的总电阻取决于原子杂乱排列的区域的大小。

Sebastian说：“我们正在根据原子排列对信息进行编码。”例如，神经络的权重可以以相变存储器设备中的电阻的方式来存储和访问。

但这些电阻存在漂移和波动的问题。因为当读取信息时电流通过相变材料，所以原子排列杂乱的区域每次都会改变一点—无氧化—这限制了这种器件的精度和实用性。

为了解决这个问题，IBM的研究人员给相变存储器引入了一个所谓的投影段（projection segment）。投影段是该团队在2015年首次提出的，它是一个金属氮化物导电层，包裹着相变材料芯，并在电极之间平行于相变材料芯运但我不想谈这个行。投影段将信息的写入和读取过程分开。

这个投影段在写入信息时不做任何事情；所有的电流都会流过相变材料而调整原子排列杂乱的区域。但是，当检索信息时，电流流过投影段并绕过原子排列杂乱的区域，使它们保持不变，并保留所存储的信息。Sebastian说：“这是关键的创新。”

研究人员在一个包含有30个相变存储器的8位芯片上测试了单层神经络，以识别数字1、0和4的图像，测试结果达到了100%的分类精度。虽然现在还为时过早，但Sebastian估计，与传统计算相比，这一进展可能为未来的设备带来100至1000倍的节能效果。

传统计算追求的是精确度，而随着人工智能的发展，现在有与之相反的计算追求。IBM当天还介绍了一种数字芯片，它也是8位的，同时在神经络训练中保持了高准确性。这种神经络更进一步地模拟人脑，而人脑通常可以从很少的信息中得出正确的结论。

IBM负责研究的副总裁Jeff Welser这比作从一个雾蒙蒙的窗户往外看，看到一个模糊的人朝你家走来。“只要你认得出那是你的妈妈，图像的精度有多低都没有关系，”Welser说，“你得到了你所需的正确信息。”