最近、北京大学の研究チームは、ポストムーアの法則デバイスの異種統合に基づくマルチフィジックス領域融合フーリエ変換システムを国際的に初めて実現しました。これは、フーリエ変換ハードウェアアーキテクチャをアルゴリズム主導から物理領域主導へと飛躍させるものです。その成果である論文「ポストムーアの法則デバイスの異種統合に基づく第一原理フーリエ変換システム」は、国際トップクラスの学術誌「Nature Electronics」に掲載されました。研究チームは実用化に焦点を当て、演算子スペクトル全体をカバーできる新たなマルチフィジックス領域融合コンピューティングアーキテクチャを開発しました。これは、ポストムーアの法則コンピューティングアーキテクチャの新たな章を開き、エンボディドインテリジェンス、エッジセンシング、ニューロモルフィックコンピューティング、オプトエレクトロニクス・ミックスドシグナルプロセッシングといった分野への将来的な応用への道を切り開きました。この成果の実用化により、我が国はインテリジェントコンピューティング時代において飛躍的な発展を遂げることができると期待されています。
従来のシリコンベースのデバイスは、数十年にわたる開発を経て、限界に近づいています。大規模モデル、身体性知能、脳とコンピュータのインターフェースといった新たなコンピューティングシナリオが次々と出現するにつれ、高スループット、高精度、高並列性、そして多様な異種コンピューティングへの要求はますます厳しくなっています。小型化、消費電力、ストレージといった乗り越えられない障壁に直面し、「ムーアの法則」はボトルネック期に入りました。ポスト・ムーアの法則時代において、メモリスタやオプトエレクトロニクスデバイスに代表される「ポスト・ムーアの法則デバイス」は、その独自の物理的コンピューティング能力により、コンピューティング能力とエネルギー効率の限界を克服する最大の希望とされています。しかし、様々なポスト・ムーアの法則デバイスは、行列の乗算や加算といった単純な線形演算において大きな利点を持つにもかかわらず、単一の種類の演算しかサポートしていないため、実世界のアプリケーションの多様な計算ニーズには適しておらず、研究室から市場への移行を妨げています。
このような背景の下、北京大学の研究チームは、揮発性酸化バナジウムデバイスと不揮発性酸化タンタル/酸化ハフニウムデバイスをシステムレベルで革新的に統合しました。これにより、ポストムーアの法則におけるこれら2種類のデバイスの周波数生成・制御、そしてインメモリコンピューティングにおける相補的な利点を最大限に活用し、フーリエ変換の精度を維持しながらスループットを大幅に向上させ、計算消費電力を削減しました。この成果は、計算性能とエネルギー効率の飛躍的な向上を示すだけでなく、さらに重要な点として、フーリエ変換の計算ロジックを物理レベルで再構築し、「アプリケーションアルゴリズム – 回路アーキテクチャ – デバイス物理領域」の3層融合を実現しました。
本論文の共同筆頭著者であり責任著者でもある北京大学人工知能研究所のタオ・ヤオユ研究員は、次のように説明しています。「この新しい技術アーキテクチャは、最大99.2%のフーリエ変換精度を実現します。実験とシミュレーションの結果、スループットは最大504.3GS/sに達し、これは現在入手可能な最速のシリコンベースチップの約4倍に相当し、エネルギー効率は96.98倍向上するとともに、ストレージと相互接続リソースの消費を大幅に削減できることが示されています。」
著者：徐子豪 出典：中国電子新聞、電子情報産業ネットワーク
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