Сбогом чипове, здравейте памет-кондензатори

AI моделите се нуждаят от изчисления с висока ефективност и ниско потребление на енергия – а памет-кондензаторите могат да решат този проблем (графика: CC0 Public Domain)

Един нов стартъп от Германия на име Semron се е заел да разработва това, което описва като „3D-мащабирани“ чипове. Тяхната задача е да поддържат AI модели върху смартфони, слушалки, VR хедсети и други мобилни устройства.

Създадени съвместно от Кай-Уве Демасиус и Аарон Киршен, инженери от Дрезденския технологичен университет, чиповете на Semron използват електрически полета за извършване на изчисленията вместо електрически ток – методът на конвенционалните процесори. Новият подход позволява на чиповете да постигнат по-висока енергийна ефективност, като същевременно поддържа ниски производствените разходи.

„Поради очаквания недостиг на изчислителни ресурси за изкуствения интелект, много компании, чиито бизнес-модел разчита на достъп до подобни възможности, рискуват съществуването си – например големи стартиращи компании, които обучават свои собствени AI модели“, казва Киршен. „Уникалните характеристики на технологията ще ни позволят да достигнем ценовата точка на днешните чипове за устройства за потребителска електроника, въпреки че нашите чипове са способни да поддържат усъвършенстван AI, което другите не могат“.

За новото поколение чипове основателите на Semron са регистрирали патент още през 2016 г. Четири години по-късно е основана самата компания. Иновативните чипове използват необичаен компонент за извършване на изчисления, известен като „памет-кондензатор“ – тоест кондензатор с памет.

По-голямата част от компютърните чипове са направени от транзистори, които, за разлика от кондензаторите, не могат да съхраняват енергия; те просто действат като превключватели, като пропускат електрически ток или го спират. Памет-кондензаторите на Semron, изработени от конвенционални полупроводникови материали, работят на базата на принцип, известен в химията като екраниране на заряда.

Памет-кондензаторите контролират електрическо поле между горния електрод и долния електрод чрез „екраниращ слой“. Екраниращият слой от своя страна се контролира от паметта на чипа, която може да съхранява различните „натоварвания“ на AI модела.

Подходът с електрическото поле минимизира движението на електрони на ниво чип, намалявайки потреблението на енергия — съответно и топлината. Целта е да се използва способността на технологията да намалява топлината, за да се поставят стотици слоеве памет-кондензатори в един чип – което значително увеличава изчислителния капацитет.

„Ние използваме това свойство като средство за разгръщане на няколкостотин пъти повече изчислителни ресурси върху фиксирана силициева площ“, добавя Киршен. „Мислете за това като за стотици чипове в една опаковка“.

В проучване от 2021 г., публикувано в сп. Nature Electronics, изследователи от Semron и Института по физика на микроструктурата Макс Планк успешно обучиха модел за компютърно зрение при енергийна ефективност от над 3500 TOPS/W — 35 до 300 пъти по-висока от съществуващите техники. TOPS/W е малко неясна метрика, но изводът е, че памет-кондензаторите могат да доведат до драстични намаления на консумацията на енергия при обучаването на AI модели.

Технологията на Semron е все още в ранните си дни. За този етап Киршен казва, че е времето за подготовка на „предварителен продукт“ и фирмата има „незначителни“ приходи от него. Често най-трудната част от стартирането на чипове е масовото производство и постигането на значима клиентска база – макар и не непременно в този ред.

Затруднение за Semron е фактът, че има силна конкуренция от предприятия за персонализирани чипове като Kneron, EnCharge и Tenstorrent, които вече са привлекли десетки милиони долари рисков капитал. EnCharge, подобно на Semron, проектира компютърни чипове, които използват кондензатори, а не транзистори, но с различна архитектура на субстрата.

Semron обаче – която има персонал от 11 души и планира да увеличи екипа си с около 25 души до края на годината – вече успя да привлече финансиране от сериозни инвеститори. Към днешна дата стартъпът е привлякъл 10 милиона евро.

„Компютърните ресурси ще се превърнат в „петрола“ на 21 век, казва Георг Стокингер, партньор в SquareOne, един от инвеститорите в новата технология. Големите езикови модели са жадни за инфраструктура и вече карат Закона на Мур да изнемогва, което представлява съществено затруднение в света на изчислителните ресурси – и тепърва това ще повлияе на компютинга в идните години, смята Стокингер.

„Недостатъчният достъп до изчислителна инфраструктура значително ще забави производителността и конкурентоспособността както на компаниите, така и на цели държави“, прогнозира мениджърът.

Технологията на памет-кондензаторите ще бъде ключов елемент в решаването на този проблем, като предостави нов и „революционен“ чип, който по своята същност е специализиран за изчислителните модели на AI.

„Той преобръща традиционната изчислителна парадигма, базирана на транзистори, и намалява разходите и потреблението на енергия за дадена изчислителна задача поне 20 пъти“, казва Стокингер.