Forskare vid Osaka University har byggt en ny datorenhet från fältprogrammerbara gate arrays (FPGA) som kan anpassas av användaren för maximal effektivitet i tillämpningar för artificiell intelligens. Jämfört med för närvarande använda återkopplingsbar hårdvara, systemet ökar kretsdensiteten med en faktor 12. Dessutom, det förväntas minska energianvändningen med 80 %. Detta framsteg kan leda till flexibla lösningar för artificiell intelligens (AI) som ger förbättrad prestanda samtidigt som de förbrukar mycket mindre el.

AI håller på att bli en del av vardagen för nästan alla konsumenter. Ridesshare smartphone-appar som Uber, Gmails skräppostfilter, och smarta hemenheter som Siri och Nest är alla beroende av AI. Dock, implementering av dessa algoritmer kräver ofta en stor mängd datorkraft, vilket innebär stora elräkningar, samt stora koldioxidavtryck. System som skulle kunna kopplas om för att optimera datorkretsarna för varje uppgift som den mänskliga hjärnan skulle ge kraftigt förbättrad energieffektivitet.

I vanliga fall, vi tänker på hårdvara, som inkluderar de fysiska logiska grindarna och transistorerna i en dators processor, som fastställts av tillverkaren. Dock, fältprogrammerbara gate-arrayer är specialiserade logiska element som kan kopplas om i fältet av användaren för anpassade logikapplikationer. Forskargruppen använde icke-flyktiga "via-switchar" som förblir anslutna tills användaren bestämde sig för att konfigurera om dem. Med hjälp av nya nanotillverkningsmetoder, de kunde packa 12 gånger fler element i en rutnätsliknande "crossbar"-layout. Genom att minska avståndet som elektroniska signaler behöver dirigeras, Det slutade med att enheterna behövde 80 % mindre ström.

"Vårt system baserat på fältprogrammerbara gate arrays har en mycket snabb designcykel. Det kan omprogrammeras dagligen om så önskas för att få ut mesta möjliga datorkraft för varje ny AI-applikation, ", säger första författaren Masanori Hashimoto. Användningen av via-switchar eliminerar också behovet av det programmerande kiselområdet som var nödvändigt i tidigare FPGA-enheter.

"Via-switch FPGA är lämplig som en högpresterande implementeringsplattform av de senaste AI-algoritmerna, " säger seniorförfattaren Jaehoon Yu.

Artikeln, "Via-switch FPGA:65nm CMOS-implementering och arkitekturförlängning för AI-applikationer, " publicerades i de tekniska sammanfattningarna av IEEE International Solid-State Circuits Conference 2020.