يقوم باحثو IISc بتطوير إطار تصميم لبناء مجموعات شرائح الحوسبة التناظرية من الجيل التالي

طور باحثون في المعهد الهندي للعلوم (IISc) إطار تصميم لبناء الجيل التالي من شرائح الحوسبة التناظرية التي يمكن أن تكون أسرع وتتطلب طاقة أقل من الرقائق الرقمية الموجودة في معظم الأجهزة الإلكترونية.

باستخدام إطار التصميم الجديد الخاص بهم ، قام الفريق ببناء نموذج أولي لمجموعة شرائح تناظرية تسمى ARYABHAT-1 (تكنولوجيا تناظرية قابلة لإعادة التكوين وأجهزة قابلة للتطوير للانحياز لمهام الذكاء الاصطناعي) ، وفقًا لما ذكره معهد IISc ومقره بنغالورو في بيان يوم الثلاثاء.

وأضافت: “يمكن أن يكون هذا النوع من الشرائح مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات القائمة على الذكاء الاصطناعي (AI) مثل التعرف على الأشياء أو الكلام – فكر في Alexa أو Siri – أو تلك التي تتطلب عمليات حوسبة متوازية ضخمة بسرعات عالية”.

وأشار إلى أن معظم الأجهزة الإلكترونية ، خاصة تلك التي تتضمن الحوسبة ، تستخدم الرقائق الرقمية لأن عملية التصميم بسيطة وقابلة للتطوير.

“لكن ميزة التناظرية هائلة. يشرح شيتان سينغ ثاكور ، الأستاذ المساعد في قسم هندسة الأنظمة الإلكترونية (DESE) ، IISc ، الذي يقود مختبره الجهود المبذولة لتطوير الشرائح التناظرية.

في التطبيقات التي لا تتطلب حسابات دقيقة ، يمكن للحوسبة التناظرية أن تتفوق في الأداء على الحوسبة الرقمية لأن الأولى أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

ومع ذلك ، هناك العديد من العقبات التقنية التي يجب التغلب عليها أثناء تصميم الرقائق التناظرية. على عكس الرقائق الرقمية ، يعد اختبار المعالجات التناظرية وتصميمها المشترك أمرًا صعبًا. يمكن تصنيع المعالجات الرقمية واسعة النطاق بسهولة عن طريق تجميع رمز عالي المستوى ، ويمكن نقل نفس التصميم عبر أجيال مختلفة من تطوير التكنولوجيا – على سبيل المثال ، من مجموعة شرائح 7 نانومتر إلى مجموعة شرائح 3 نانومتر – مع الحد الأدنى من التعديلات ، البيان قال.

نظرًا لأن الرقائق التناظرية لا تتوسع بسهولة ، فإنها تحتاج إلى تخصيصها بشكل فردي عند الانتقال إلى تقنية الجيل التالي أو إلى تطبيق جديد – تصميمها باهظ الثمن ، على حد قولها.

وأضافت أن التحدي الآخر هو أن مقايضة الدقة والسرعة بالقوة والمساحة ليس بالأمر السهل عندما يتعلق الأمر بالتصميم التناظري.

وأشار البيان إلى أنه في التصميم الرقمي ، فإن إضافة المزيد من المكونات مثل الوحدات المنطقية إلى نفس الشريحة يمكن أن يزيد الدقة ، ويمكن تعديل الطاقة التي تعمل بها دون التأثير على أداء الجهاز.

للتغلب على هذه التحديات ، صمم الفريق إطار عمل جديدًا يسمح بتطوير المعالجات التناظرية التي تتسع تمامًا مثل المعالجات الرقمية. يمكن إعادة تكوين شرائحها وبرمجتها بحيث يمكن نقل نفس الوحدات التناظرية عبر أجيال مختلفة من تصميم العملية وعبر التطبيقات المختلفة ، على حد قولها.

قال ثاكور: “يمكنك تصنيع نفس النوع من الرقائق إما 180 نانومتر أو 7 نانومتر ، تمامًا مثل التصميم الرقمي”.

قال الباحثون إن بنيات التعلم الآلي المختلفة يمكن برمجتها على أريبهات ، ومثل المعالجات الرقمية ، يمكن أن تعمل بقوة عبر مجموعة واسعة من درجات الحرارة. وأضافوا أن البنية هي أيضًا “قابلة للتطوير المتحيز” – يظل أداؤها كما هو عند تعديل ظروف التشغيل مثل الجهد أو التيار. وهذا يعني أنه يمكن تكوين نفس مجموعة الشرائح إما لتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) ذات الكفاءة الفائقة في استخدام الطاقة أو للمهام عالية السرعة مثل اكتشاف الكائنات.

تم تطوير إطار التصميم كجزء من عمل الدكتوراه للطالب براتيك كومار في معهد الدراسات الإسماعيلية ، وبالتعاون مع شانتانو تشاكرابارتي ، الأستاذ في كلية ماكيلفي للهندسة ، جامعة واشنطن في سانت لويس (واشو) ، الولايات المتحدة ، والذي يعمل أيضًا كسفير لأكاديمية ماكدونيل في واشو IISc.

قال تشاكرابارتي ، الذي اقترح سابقًا دوائر تناظرية قابلة للتطوير ، “من الجيد أن نرى نظرية الحوسبة التناظرية القابلة للتحيز تتجلى في الواقع وللتطبيقات العملية”.

أوجز الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في دراستين قبل الطباعة تخضعان حاليًا لمراجعة الأقران. وقال البيان إنهم قدموا أيضًا براءات اختراع ويخططون للعمل مع شركاء الصناعة لتسويق التكنولوجيا.