IBM推全新AI模擬芯片，能效提升14倍！相變存儲器由旺宏供應

8月23日，IBM研究實驗室在《自然》期刊雜志上公布了其最新研究成果，研發出了一種全新的人工智能（AI）模擬芯片，能效可達傳統數字計算機芯片的14倍，可大幅降低AI計算的功耗。

該文章摘要顯示，當前擁有數十億個參數的 AI 模型可在一系列任務中實現較高精度，但也凸顯出傳統通用處理器（包含圖形處理器、中央處理器等）效能低下的問題。對此，IBM研究團隊提出“模擬內存計算”的方案，通過在自身的存儲器上并行執行矩陣-向量乘法，以提供更強的能效。

IBM的研究團隊基于該方案開發出了一個 14nm 模擬芯片，利用34個大型相變存儲器（PCM）陣列，結合了數模轉換輸入、模擬外圍電路、模數轉換輸出和大規模并行二維網格路由。每個14nm芯片上可編碼3500萬個PCM，在每權重對應2-PCMs的方案中，可容納1700萬個參數。將這些芯片組合在一起，便能夠像數字芯片一樣有效地處理真實AI用例的實驗。

在測試環節中，IBM研究團隊先后使用谷歌語音檢測和Librispeech語音識別數據集來分別測試該芯片語言處理能力的效率。

在關鍵詞語音檢測方面，IBM團隊提出了一種卷積神經網絡架構，并在包含12個關鍵字的谷歌語音命令數據集上進行訓練。團隊采用了架構更簡單的FC（全連接）網絡結構，最終達到了86.14%的識別精度，且提交速度比MLPerf目前最佳情況快7倍。該模型使用硬件感知訓練在GPU上進行訓練，然后部署在團隊的模擬AI芯片上。

在規模更大的 Librispeech 語音識別數據集上，利用5個模擬AI芯片組合在一起，運行RNN-T（循環神經網絡轉換器）模型，以逐個字母地轉錄語音內容。該系統包含5個芯片上1.4億個PCM設備的4500萬個權重，能夠采集人們說話的音頻并以非常接近數字硬件設置的精度進行轉錄。該實驗最終達到9.258%的單詞錯誤率，能量效率達6.704TOPS/W（萬億次操作每秒/瓦），比MLPerf目前最佳能效提高了14倍。

值得注意的是，IBM的這款AI芯片所搭載的相變存儲器，是由IBM與旺宏共同開發的。

據了解，旺宏與IBM合作淵源深厚，早在2004年，雙方就已經有策略合作聯盟關系，并共同投入相變存儲器開發十余年，雖然初期還有不少同業者加入，但隨著時間流逝，不少廠商已經退出了共同研發合作，目前旺宏是IBM相變存儲器唯一合作伙伴，并取得特定AI相關授權。

目前旺宏與IBM的相變存儲器共同開發計劃，以三年為一期，期滿后雙方視狀況再簽訂新共同開發合約。雙方早已嗅到AI帶來的商機無窮，將相變存儲器合作方向瞄準AI應用，最近一次合約于2021年10月簽訂，旺宏還特別通過重大信息公布了相關內容。

旺宏當時公告指出，該公司將繼續參與IBM相變存儲器共同開發計劃，并取得特定模擬AI技術授權，該次合約從2022年元月22日起至2025年元月21日止，旺宏將有保密義務并分擔研發費用，同時遵守美國出口管制法令等義務，具體目的為持續投入先進技術開發，對旺宏技術及競爭力有正面影響。

業界人士分析，相變存儲器具備速度快、非揮發性、低功率等特性，讓高密度存儲器可做為儲存應用，填補AI服務器所需的DRAM、NAND當中的價格及性能落差。

對于與IBM合作相變存儲器的最新進展，旺宏于29日表示，持續順利進行中，鎖定AI等先進應用發展。

編輯：芯智訊-林子