1’ler ve 0’ların Ötesi: Çin’den Dünyanın İlk İkili Olmayan YZ Çipi Seri Üretimde

Çin, kritik havacılık ve endüstriyel sistemler de dâhil olmak üzere sektörlere özgü hibrit hesaplama teknolojisini entegre ederek, dünya çapında ilk kez ikilik olmayan YZ çiplerinin büyük ölçekli üretimine başladı.

Bu atılım, Pekin’deki Beihang Üniversitesi’nden Prof. Li Hongge ve ekibi liderliğinde gerçekleşti. Yenilik, geleneksel hesaplamanın temel sınırlılıklarını aşarak, ikili (binary) ve stokastik mantığı bir araya getiren bir modelle; dokunmatik ekran ve uçuş sistemleri gibi zeki kontrol uygulamalarında olağanüstü hata toleransı ve güç verimliliği sunuyor. Aynı zamanda ABD menşeli çiplere yönelik kısıtlamaların aşılmasına da yardımcı oluyor.

Li, devlet destekli Guangming Daily gazetesine verdiği demeçte şunları kaydetti:
“Bugünün çip teknolojilerinin iki büyük sorunu var: güç duvarı ve mimari duvar.”
Güç duvarı, ikili sistemlerin veri iletmede verimli olsa da yüksek enerji tüketmesiyle, mimari duvar ise yeni nesil silikon dışı çiplerin CMOS (tamamlayıcı metal oksitli yarı iletkenler) tabanlı geleneksel sistemlerle uyumsuz kalmasıyla ilgilidir.

Li'nin araştırma ekibi 2022'den bu yana alternatif çözümler üzerinde çalışıyordu. Başarı, Hibrit Stokastik Sayı (Hybrid Stochastic Number, HSN) adlı yeni bir sayısal sistem önerisiyle geldi. Bu sistem geleneksel ikili sayılarla olasılıksal sayıları birleştiriyor.

İkili mantık, günümüz hesaplamasının temelini oluşturuyor; 0 ve 1 sayıları kullanarak hassas aritmetik işlemler yapabiliyor. Ancak büyük ölçekli ikili hesaplamalar, yüksek donanım ihtiyacı doğuruyor.

Oysa olasılıksal (probabilistik) hesaplama, sabit bir zaman diliminde “yüksek voltaj” frekansını referans alarak değerleri temsil ediyor ve bu sayede donanım ihtiyacını azaltıyor. Görüntü işleme, sinir ağları ve derin öğrenme alanlarında kullanılsa da, frekansa dayalı temsil yöntemi hesaplama gecikmelerine yol açabiliyor.

Söz konusu sorun, Li’nin ekibi tarafından tanımlanan hibrit stokastik mantık ile çözüldü: ikili hesaplamanın hızıyla stokastik mantığın verimliliğini birleştirdi.

Bu konsepte dayalı olarak, ekip 2023 yılında Çinli çip üreticisi Semiconductor Manufacturing International Corporation’ın (SMIC) 110 nanometre işlem teknolojisini kullanarak dokunmatik ekran ve gösterim çipi tasarladı. Elde edilen sonuçlar, IEEE Journal of Solid-State Circuits’te iki yıl önce yayımlandı. Ardından makine öğrenimi için yüksek verimli bir çarpan çip geliştirildi ve bu çip 28nm CMOS prosesiyle üretildi; sonuçlar Microelectronics Journal’da ocak ayında yayınlandı.

Guangming Daily’ye göre araştırma; ikili, geleneksel stokastik ve hibrit stokastik sayı sistemlerini bir arada matematiksel olarak temsil eden ve özelliklerini hata toleransı, parazit direnci ve enerji verimliliği açısından analiz eden ilk çalışma olarak gelecek hibrit stokastik çip geliştirme çalışmaları için güçlü bir teorik temel sundu.

HSN’e ek olarak çip, bellek içi (in-memory) hesaplama algoritmaları içeriyor; bu sayede verinin bellek ile işlemci arasında enerji yoğun transferi azalıyor ve genel verimlilik artıyor.

Ayrıca çip, birden çok görevi eş zamanlı işleyebilen sistem-üzerine-çip (SoC) tasarımına sahip, geleneksel tek tip mimarilerin kısıtlarını aşıyor.

Çip, zeki kontrol senaryolarında kullanılıyor. Dokunmatik tanıma sistemlerinde parazit sinyalleri filtreliyor, zayıf sinyalleri algılayarak kullanıcı etkileşimini güçlendiriyor. Enstrüman ekranlarında hassas ve düşük enerjili veri işleme sağlıyor. Uçuş kontrol sistemlerinde ise kararlı ve kesin uçuş navigasyonu için sağlam hesaplama desteği sunuyor.

Li, Guangming Daily’ye verdiği demeçte hibrit stokastik hesaplama için özel bir komut seti mimarisi (ISA) ve mikro mimari üzerinde çalıştıklarını belirtti. Hedefleri, çipi konuşma ve görüntü işleme, büyük YZ modeli hızlandırma ve diğer karmaşık hesaplama görevlerine de uyarlamak.

Li ayrıca şöyle söyledi: “Mevcut çip, yonga üzeri hesaplamada mikrosaniye düzeyinde gecikme elde ediyor ve yüksek performanslı donanım hızlandırma ile esnek yazılım programlanabilirliği arasında bir denge sağlıyor.”

‍

‍

‍

Kaynak:https://www.scmp.com/news/china/science/article/3313349/beyond-1s-and-0s-china-starts-mass-production-worlds-first-non-binary-ai-chip