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最前線|全球首款視覺應用感存算一體計算芯片發布,神經擬態計算繞開比特編程和摩爾定律

時間:2021-09-28

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導語:全球首款可廣泛應用于視覺領域的感存算一體新型架構計算芯片ADA20X已流片成功并完成性能驗證。

  這是一款模數混合AI視覺芯片,能效比達20Tops/W。其研發團隊九天睿芯誕生于蘇黎世聯邦理工學院神經擬態感知計算的創始實驗室中,在感存算一體研發學習上有多年的研究積累。

  九天睿芯的芯片技術理論依據源自類腦計算,由神經形態工程學和Synaptics創始人Carver Mead在90年代提出。其關鍵在于“感”,也就是說,神經元僅在累積到足夠電荷數量之后才會激活,大多數時間處于低功耗的待機狀態,這降低了功耗。以ADA20X為例,最低功耗可降至μW級別,大約為傳統數字芯片功耗的1/10.同理,神經擬態芯片僅在檢測到有意義的事件才會進行處理,降低了能量,神經擬態芯片又可稱為“事件驅動處理”芯片。但純事件驅動的相機和處理會丟失一些靜態的高精度信息,而ADA20X芯片,可以同時支持高精度圖像及高時間分辨率事件的處理。

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  感存算一體架構與傳統架構對比優勢

  更重要的是,它打破了馮諾依曼存儲計算分離的計算架構所造成的“內存墻”的系統限制,像人腦一樣的存算一體,是類腦計算的核心突破。過去60年中,集成電路不斷縮小,從電子管計算機到智能手機,微觀器件的加工面積縮小了萬億級。但是,芯片不可能無限縮小,集成電路晶體管也不會無限增加,性能、功耗、成本等總有一個要素會逼近極限。

  2020年,集成電路工藝已經微縮至5nm甚至3nm工藝,而一個原子的直徑在1nm左右。物理限制打破了傳統意義下的摩爾定律(晶體管集成密度),業內認為半導體發展已經步入后摩爾時代。人工智能的發展已經被算力不足、能效過低所約束和限制。

  那么,基于精簡控制、算力堆疊和數據流優化的微架構AI芯片創新難以為繼。ADA20X能效比達20Tops/W,讓計算耗電和散熱兩大難題找到了新的方向。

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  ADA20X實物圖

  實際上,這已經是九天睿芯研發的第二代感存算一體芯片了,相較第一代ADA100專注于可穿戴場景,第二代將重點放在視覺場景中,這意味著更大的市場空間。36氪從九天睿芯官方了解到,ADA20X具有高度可定制性,可以依據不同的市場需求,定制不同算力及接口的專用芯片,算力覆蓋從0.3Tops-200Tops,可以滿足平板電腦、可穿戴、智能家居、AR/VR、電池供電IPC、ADAS等多種不同應用場景。

  事件相機發明人Prof Tobi Delbruck認為ADA20X的技術突破是個大的里程碑:NPU方向已經比較擁擠,能夠實現支持事件及圖像處理的基于SRAM模數混合的視覺應用存內計算芯片為數不多。尤其是在AR/VR等的應用上,事件相機和事件語音傳感器的應用需要高效的并行處理器,這個技術帶來的影響值得跟蹤。

  此外,ADA20X還可以同時支持CNN Transfer以及以SNN代表的類神經元計算架構,并且具備架構靈活,陣列化計算效率不衰減等等優點;輸入形式上,可以同時支持動態視覺傳感器(aka事件相機)的event輸入,也可以支持傳統相機的圖像輸入;并配有基于存內計算的ISP,可以同時支持事件和圖像的預處理。據悉,ADA20X預計在2022年初進行試產并進一步量產。


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