旋轉(zhuǎn)記憶器在人工智能中使用功率

TDK開(kāi)發(fā)了一種用于神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)記憶器,有可能將人工智能處理器的功率降低到傳統(tǒng)設(shè)備的1/100。

大腦做出復(fù)雜決策所需的能量水平與人工智能處理器做出同樣決定所需的能量消耗之間存在差異。通過(guò)模仿人類大腦的節(jié)能操作,TDK公司。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種神經(jīng)形態(tài)的元件,叫做旋轉(zhuǎn)記憶器,它有可能將人工智能應(yīng)用的耗電降低到傳統(tǒng)設(shè)備的1/100。

在與替代能源和原子能委員會(huì)(CEA)的合作下,TDK已經(jīng)證明其旋轉(zhuǎn)記憶體可以作為神經(jīng)形態(tài)裝置的基本元素。接下來(lái)的步驟包括與東北大學(xué)創(chuàng)新綜合電子系統(tǒng)中心合作,實(shí)際開(kāi)發(fā)該技術(shù)。

旋轉(zhuǎn)記憶器

盡管神經(jīng)形態(tài)器件的記憶管已經(jīng)存在,但目前的技術(shù)面臨著一些挑戰(zhàn)。這些因素包括長(zhǎng)期以來(lái)抵制變化的趨勢(shì)、難以控制精確的數(shù)據(jù)書(shū)寫(xiě)和建立確保數(shù)據(jù)得到保留的控制。

TDK說(shuō),它的旋轉(zhuǎn)存儲(chǔ)器不僅可以解決這些挑戰(zhàn),而且可以提供對(duì)環(huán)境影響的免疫力,提供長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并通過(guò)切斷現(xiàn)有設(shè)備中的泄漏電流來(lái)降低功率消耗。

旋轉(zhuǎn)記憶器使用的是旋轉(zhuǎn)電子,一種既使用電子的電荷也使用旋轉(zhuǎn)元件的技術(shù)。人類的大腦是一個(gè)驚人的節(jié)能設(shè)備。在計(jì)算術(shù)語(yǔ)中,它只需要20瓦特的功率,就可以完成相當(dāng)于每秒十億億次的數(shù)學(xué)運(yùn)算。"

TDK說(shuō),這比存儲(chǔ)0或1數(shù)據(jù)的數(shù)字人工智能處理器的耗電量要低得多。該公司補(bǔ)充道,像人類大腦一樣的旋轉(zhuǎn)記憶器可以存儲(chǔ)模擬形式的數(shù)據(jù),使超低耗電的復(fù)雜計(jì)算成為可能。

TDK的下一代電子組件開(kāi)發(fā)部門主管和高級(jí)經(jīng)理佐佐木通元解釋說(shuō):"一般存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)字信號(hào)--0或1。相比之下,旋轉(zhuǎn)存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)0到200級(jí)的模擬信號(hào)。旋轉(zhuǎn)記憶體結(jié)構(gòu)類似于磁阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM),但是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層中的兩個(gè)不同的磁域被域壁隔開(kāi)。當(dāng)應(yīng)用平面內(nèi)寫(xiě)電流時(shí),磁域面積隨磁域壁的驅(qū)動(dòng)而變化。旋轉(zhuǎn)記憶電阻的電導(dǎo)率與面積比成正比。"

合作努力

TDK公司與法國(guó)研究機(jī)構(gòu)CEA合作,證明它的旋轉(zhuǎn)記憶器作為神經(jīng)形態(tài)裝置的基本元素是可行的。TDK公司于2020年開(kāi)始與CEA公司合作,開(kāi)發(fā)了一個(gè)配備了旋轉(zhuǎn)記憶器(3元x2集x4芯片)的人工智能電路,并通過(guò)聲音分離演示確認(rèn)了其成功運(yùn)行。

在演示中,即使在音樂(lè)、語(yǔ)音和噪聲混合成任意比例時(shí),電路也能夠?qū)崟r(shí)學(xué)習(xí)和分離這三種類型的聲音。在一般的機(jī)器學(xué)習(xí)中,人工智能操作是根據(jù)以前訓(xùn)練過(guò)的人工智能模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行的。然而,TDK聲稱其設(shè)備具有獨(dú)特的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)能力。

TDK的聲音分離演示是在一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電腦上進(jìn)行的。佐佐木說(shuō):"混合語(yǔ)音的特征是用CEA制作的軟件提取出來(lái)的。""旋轉(zhuǎn)記憶管只需實(shí)時(shí)更新混合比率即可。傳統(tǒng)的基于PCM、RERAM和FERM的記憶電阻器因其復(fù)雜的響應(yīng)行為和存儲(chǔ)電阻值隨時(shí)間的推移等問(wèn)題而眾所周知難以使用。這些問(wèn)題一直是實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)學(xué)技術(shù)的主要障礙。

他補(bǔ)充道:"這個(gè)演示表明,旋轉(zhuǎn)記憶器也可以用于實(shí)時(shí)操作的人工智能電路,因?yàn)樾D(zhuǎn)記憶器可以通過(guò)簡(jiǎn)單的操作以高速運(yùn)行。"

既然演示已經(jīng)證實(shí)TDK的旋轉(zhuǎn)記憶器可以作為神經(jīng)形態(tài)裝置的基本元素,該公司將把項(xiàng)目從基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)階段推進(jìn)到實(shí)際應(yīng)用階段。產(chǎn)品的制造需要半導(dǎo)體和旋電子制造過(guò)程的集成。

TDK說(shuō),這種集成已經(jīng)在制造類似于記憶管的MLM中實(shí)現(xiàn)了。

在實(shí)際設(shè)備開(kāi)發(fā)方面,TDK正與東北大學(xué)創(chuàng)新集成電子系統(tǒng)中心合作開(kāi)發(fā)一個(gè)原型。這項(xiàng)合作將利用大學(xué)在MRAM研發(fā)和制造技術(shù)方面的工作,包括其12英寸原型線。

TDK及其合作伙伴計(jì)劃在2030年后開(kāi)始生產(chǎn)。"我們已經(jīng)完成了與CEA的概念演示,"佐佐木說(shuō)。"現(xiàn)在,我們將進(jìn)入芯片級(jí)演示階段,這是一個(gè)集成了一系列旋轉(zhuǎn)記憶器和半導(dǎo)體電路的芯片,將被CEA和東北大學(xué)用于演示性能。

他補(bǔ)充道:"我們需要將大量的旋轉(zhuǎn)記憶器和半導(dǎo)體電路結(jié)合起來(lái),就像MRAM一樣。""我們正在考慮TDK的傳感器使用這種技術(shù)。"