8月23日，IBM研究實(shí)驗(yàn)室在《自然》期刊雜志上公布了其最新研究成果，研發(fā)出了一種全新的人工智能（AI）模擬芯片，能效可達(dá)傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)芯片的14倍，可大幅降低AI計(jì)算的功耗。

該文章摘要顯示，當(dāng)前擁有數(shù)十億個(gè)參數(shù)的 AI 模型可在一系列任務(wù)中實(shí)現(xiàn)較高精度，但也凸顯出傳統(tǒng)通用處理器（包含圖形處理器、中央處理器等）效能低下的問(wèn)題。對(duì)此，IBM研究團(tuán)隊(duì)提出“模擬內(nèi)存計(jì)算”的方案，通過(guò)在自身的存儲(chǔ)器上并行執(zhí)行矩陣-向量乘法，以提供更強(qiáng)的能效。

IBM的研究團(tuán)隊(duì)基于該方案開(kāi)發(fā)出了一個(gè) 14nm 模擬芯片，利用34個(gè)大型相變存儲(chǔ)器（PCM）陣列，結(jié)合了數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入、模擬外圍電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出和大規(guī)模并行二維網(wǎng)格路由。每個(gè)14nm芯片上可編碼3500萬(wàn)個(gè)PCM，在每權(quán)重對(duì)應(yīng)2-PCMs的方案中，可容納1700萬(wàn)個(gè)參數(shù)。將這些芯片組合在一起，便能夠像數(shù)字芯片一樣有效地處理真實(shí)AI用例的實(shí)驗(yàn)。

在測(cè)試環(huán)節(jié)中，IBM研究團(tuán)隊(duì)先后使用谷歌語(yǔ)音檢測(cè)和Librispeech語(yǔ)音識(shí)別數(shù)據(jù)集來(lái)分別測(cè)試該芯片語(yǔ)言處理能力的效率。

在關(guān)鍵詞語(yǔ)音檢測(cè)方面，IBM團(tuán)隊(duì)提出了一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并在包含12個(gè)關(guān)鍵字的谷歌語(yǔ)音命令數(shù)據(jù)集上進(jìn)行訓(xùn)練。團(tuán)隊(duì)采用了架構(gòu)更簡(jiǎn)單的FC（全連接）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到了86.14%的識(shí)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(xùn)練在GPU上進(jìn)行訓(xùn)練，然后部署在團(tuán)隊(duì)的模擬AI芯片上。

在規(guī)模更大的 Librispeech 語(yǔ)音識(shí)別數(shù)據(jù)集上，利用5個(gè)模擬AI芯片組合在一起，運(yùn)行RNN-T（循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器）模型，以逐個(gè)字母地轉(zhuǎn)錄語(yǔ)音內(nèi)容。該系統(tǒng)包含5個(gè)芯片上1.4億個(gè)PCM設(shè)備的4500萬(wàn)個(gè)權(quán)重，能夠采集人們說(shuō)話的音頻并以非常接近數(shù)字硬件設(shè)置的精度進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。該實(shí)驗(yàn)最終達(dá)到9.258%的單詞錯(cuò)誤率，能量效率達(dá)6.704TOPS/W（萬(wàn)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A(yù)I芯片所搭載的相變存儲(chǔ)器，是由IBM與旺宏共同開(kāi)發(fā)的。

據(jù)了解，旺宏與IBM合作淵源深厚，早在2004年，雙方就已經(jīng)有策略合作聯(lián)盟關(guān)系，并共同投入相變存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)十余年，雖然初期還有不少同業(yè)者加入，但隨著時(shí)間流逝，不少?gòu)S商已經(jīng)退出了共同研發(fā)合作，目前旺宏是IBM相變存儲(chǔ)器唯一合作伙伴，并取得特定AI相關(guān)授權(quán)。

目前旺宏與IBM的相變存儲(chǔ)器共同開(kāi)發(fā)計(jì)劃，以三年為一期，期滿后雙方視狀況再簽訂新共同開(kāi)發(fā)合約。雙方早已嗅到AI帶來(lái)的商機(jī)無(wú)窮，將相變存儲(chǔ)器合作方向瞄準(zhǔn)AI應(yīng)用，最近一次合約于2021年10月簽訂，旺宏還特別通過(guò)重大信息公布了相關(guān)內(nèi)容。

旺宏當(dāng)時(shí)公告指出，該公司將繼續(xù)參與IBM相變存儲(chǔ)器共同開(kāi)發(fā)計(jì)劃，并取得特定模擬AI技術(shù)授權(quán)，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(wù)并分擔(dān)研發(fā)費(fèi)用，同時(shí)遵守美國(guó)出口管制法令等義務(wù)，具體目的為持續(xù)投入先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)，對(duì)旺宏技術(shù)及競(jìng)爭(zhēng)力有正面影響。

業(yè)界人士分析，相變存儲(chǔ)器具備速度快、非揮發(fā)性、低功率等特性，讓高密度存儲(chǔ)器可做為儲(chǔ)存應(yīng)用，填補(bǔ)AI服務(wù)器所需的DRAM、NAND當(dāng)中的價(jià)格及性能落差。

對(duì)于與IBM合作相變存儲(chǔ)器的最新進(jìn)展，旺宏于29日表示，持續(xù)順利進(jìn)行中，鎖定AI等先進(jìn)應(yīng)用發(fā)展。

編輯：芯智訊-林子