Trung Quốc ‘hồi sinh’ công nghệ 2.000 năm, tạo ra chip nhanh gấp 1.000 lần Nvidia

Trong nghiên cứu công bố ngày 13/10 trên tạp chí Nature Electronics, nhóm khoa học Trung Quốc khẳng định thiết bị của họ đã vượt qua hai rào cản lớn vốn kìm hãm tiến bộ của chip kỹ thuật số: giới hạn năng lượng và băng thông dữ liệu, đặc biệt trong các lĩnh vực như trí tuệ nhân tạo (AI) và mạng 6G.

Khi được thử nghiệm với các bài toán phức tạp trong hệ thống truyền thông không dây – như ma trận nghịch đảo trong hệ thống MIMO (nhiều đầu vào, nhiều đầu ra), con chip này cho độ chính xác tương đương vi xử lý kỹ thuật số, trong khi chỉ tiêu tốn 1/100 năng lượng.

Sau khi tinh chỉnh, nhóm nghiên cứu cho biết chip này thậm chí vượt trội hơn GPU Nvidia H100 và AMD Vega 20 đến 1.000 lần về hiệu năng. Hai GPU này hiện là “trái tim” của các siêu máy tính huấn luyện mô hình AI, trong đó OpenAI từng dùng dòng A100 để huấn luyện ChatGPT.

Công nghệ đột phá: Xử lý ngay trong bộ nhớ

Khác với chip kỹ thuật số xử lý dữ liệu theo chuỗi bit 0 và 1, thiết kế analog của nhóm nghiên cứu xử lý thông tin liên tục thông qua dòng điện chạy qua mạng lưới ô nhớ RRAM (Resistive Random-Access Memory), có khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu thông qua việc điều chỉnh độ dẫn điện của từng ô nhớ.

Khác với chip kỹ thuật số phải xử lý dữ liệu dưới dạng 1 và 0, thiết kế analog xử lý thông tin dưới dạng dòng điện liên tục, cho phép thực hiện các phép tính ngay trong phần cứng mà không cần truyền dữ liệu qua lại giữa bộ nhớ và bộ xử lý, vốn là công đoạn tiêu tốn năng lượng nhất trong máy tính hiện đại.

“Với khối lượng dữ liệu ngày càng khổng lồ, việc xử lý theo mô hình kỹ thuật số truyền thống đang chạm trần”, nhóm nghiên cứu viết. “Thử nghiệm cho thấy phương pháp tính toán analog có thể mang lại tốc độ cao hơn 1.000 lần và hiệu suất năng lượng gấp 100 lần so với chip kỹ thuật số tiên tiến nhất hiện nay”.

“Công nghệ cũ” hồi sinh trong kỷ nguyên AI

Tính toán analog không phải khái niệm mới. Từ 2.000 năm trước, cơ chế Antikythera ở Hy Lạp cổ đại đã sử dụng bánh răng để tính toán quỹ đạo thiên thể, về bản chất là một máy tính analog.

Tuy nhiên, trong thế giới hiện đại, công nghệ này từng bị xem là “đường cụt” vì khó kiểm soát độ chính xác của tín hiệu vật lý. Nhưng analog lại có ưu thế lớn về tốc độ và khả năng xử lý song song, điều mà các hệ thống kỹ thuật số, vốn phải chia nhỏ phép tính thành hàng tỷ dòng mã nhị phân, không thể sánh kịp.

Đây chính là lợi thế quan trọng trong các lĩnh vực như AI, nơi khối lượng tính toán và dữ liệu tăng theo cấp số nhân, hay trong tương lai của mạng 6G, khi cần xử lý hàng triệu tín hiệu không dây chồng lấn trong thời gian thực.

Nhóm nghiên cứu cũng cho biết, nhờ tiến bộ trong phần cứng bộ nhớ, họ có thể khiến tính toán analog trở nên khả thi trở lại.

Cụ thể, chip RRAM được chia thành hai mạch: Một mạch thực hiện phép tính nhanh nhưng gần đúng; mạch còn lại tinh chỉnh dần kết quả để đạt độ chính xác cao hơn.

Nhờ đó, con chip kết hợp được tốc độ của analog và độ chính xác của kỹ thuật số, điều mà trước đây chưa từng đạt được.

Đáng chú ý, con chip được sản xuất bằng quy trình thương mại hiện có, mở ra khả năng sản xuất hàng loạt trong tương lai gần.

Nhóm nghiên cứu cho biết mục tiêu tiếp theo là phát triển chip quy mô lớn hơn, có thể xử lý những bài toán phức tạp hơn với tốc độ cao hơn nữa - một bước tiến mới trong tham vọng thay đổi cục diện ngành bán dẫn.

Theo Live Science