北航研究團隊成功研發(fā)混合隨機計算 SoC 芯片

據(jù)《光明日報》報道，由北京航空航天大學（Beijing Aeronautics University，BUAA）電子與信息工程學院李洪革教授領導的研究團隊成功開發(fā)了一款開創(chuàng)性的計算芯片——混合隨機計算 SoC 芯片。該芯片基于完全自主研發(fā)的開源 RISC-V 架構，容錯能力強、抗干擾能力強、能效高。它引入了數(shù)字表示（重新定義二進制數(shù)）、計算算法（內(nèi)存計算）和異構計算架構（SoC 設計）的顛覆性創(chuàng)新。這一成就建立了基于混合隨機數(shù)的新計算范式，代表了從數(shù)值系統(tǒng)表示到芯片實現(xiàn)的原創(chuàng)創(chuàng)新，支撐了中國高性能智能計算的進步。

計算能力是反映一個國家工業(yè)基礎的關鍵指標。高計算能力或高能效是智能計算的核心。然而，當前的計算芯片技術面臨著兩大挑戰(zhàn)：電力墻和建筑墻。前者源于二進制信息表示效率低下與功耗高之間的矛盾;后者涉及非硅基芯片與傳統(tǒng) CMOS 芯片及其計算架構之間的不兼容。

為了解決這些問題，該團隊長期以來一直專注于非二進制數(shù)的計算機制和芯片設計。他們提出了一種新型的數(shù)字表示形式——混合隨機數(shù) （HSN），它結合了二進制和隨機數(shù)。李教授解釋說，隨機計算是通過 CMOS 邏輯信號在給定時間段內(nèi)保持“高”的概率來表示值。換句話說，高級脈沖的頻率表示數(shù)字概率。

這項研究首次分析和統(tǒng)一了二進制數(shù)、傳統(tǒng)隨機數(shù)和混合隨機數(shù)之間的數(shù)學關系。它為所有三個系統(tǒng)構建數(shù)學表示并分析它們的特點，包括高容錯性、強抗干擾性和高能效。這項工作為新的計算范式奠定了基礎，為解決硅基計算芯片中的電源和架構壁問題鋪平了道路。

目前，該技術正在商用并應用于觸摸識別、儀表顯示和飛行控制計算等領域。李教授表示，該團隊正在開發(fā)專門用于混合隨機計算的擴展指令集和微架構。目標是支持語音和圖像處理、智能計算（包括大型 AI 模型加速）和各種形式的復雜計算等功能。片上專用算子可實現(xiàn)微秒級時延，滿足專用硬件性能和靈活軟件計算的雙重需求。