作者:泰克科技 DeepSeek掀起AI計算革命,算力瓶頸何解? AI領(lǐng)域正在經(jīng)歷一場(chǎng)顛覆性的變革!DeepSeek,一款近期火爆全球的開(kāi)源AI大模型,正與GPT-4、Sora等模型一起,掀起一場(chǎng)前所未有的算力競賽。隨著(zhù)AI訓練規模的指數級增長(cháng),計算資源的短缺已經(jīng)成為無(wú)法忽視的問(wèn)題——算力不足,功耗爆表,傳統芯片難以支撐未來(lái)AI需求! 當前主流的馮·諾依曼架構已無(wú)法跟上AI發(fā)展的步伐,存儲與計算分離導致數據搬移成為巨大瓶頸。這不僅拖慢了計算速度,還消耗了大量能量。如何突破這一困境?存算一體技術(shù)成為破局關(guān)鍵! ![]() 清華大學(xué)此前發(fā)布的全球首顆憶阻器存算一體芯片,這一創(chuàng )新技術(shù)讓AI計算直接在存儲單元內完成,大幅降低數據搬移的功耗和時(shí)間開(kāi)銷(xiāo),真正實(shí)現計算與存儲合二為一。 憶阻器:從理論設想到AI計算革命的中堅力量 憶阻器(Memristor),這個(gè)概念最早可以追溯到 1971 年,當時(shí)加州大學(xué)伯克利分校的蔡少棠教授在理論上提出了它的存在。然而,這個(gè)“電子世界的遺珠”一度被遺忘,直到 2008 年 HP 實(shí)驗室的科學(xué)家們首次成功制備出憶阻器,人們才意識到,它可能會(huì )成為改變計算格局的關(guān)鍵。 ![]() 憶阻器的魅力在于,它不僅是一個(gè)存儲單元,同時(shí)還能進(jìn)行計算!想象一下,如果你的硬盤(pán)不僅能存儲數據,還能直接進(jìn)行深度學(xué)習計算,那么 AI 訓練的速度將大幅提升。憶阻器的這一特性,使其成為存算一體架構的核心組件。 憶阻器的核心特性 ● 非易失性存儲:即使斷電,數據仍然得以保留。 ● 高并行計算能力:大規模憶阻器陣列可以同時(shí)存儲和處理數據。 ● 超低功耗:相比傳統存儲器,憶阻器計算能耗更低,特別適合AI計算。 在A(yíng)I計算領(lǐng)域,憶阻器的優(yōu)勢尤為顯著(zhù)。它能夠模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中的突觸行為,使得類(lèi)腦計算(Neuromorphic Computing)成為可能。 這意味著(zhù),未來(lái)的AI計算不再依賴(lài)龐大的GPU陣列,而是能夠用更加高效、低功耗的方式進(jìn)行智能學(xué)習。 憶阻器的核心特性 可靠性與一致性問(wèn)題 憶阻器的開(kāi)關(guān)特性和數據存儲能力可能受到制造工藝的影響,導致器件的性能不穩定。在A(yíng)I計算過(guò)程中,即使是微小的誤差,也可能導致推理精度下降,這對憶阻器的可靠性提出了更高的要求。 存儲密度與集成度 當前AI計算任務(wù)需要極高的存儲密度。如何讓?xiě)涀杵鬟m應高密度存儲需求,并與先進(jìn)CMOS工藝兼容?業(yè)界正在探索HBM(高帶寬存儲)堆疊技術(shù),將多個(gè)憶阻器陣列垂直集成,提高存算一體芯片的計算能力。 低功耗與高計算吞吐量 相比傳統存儲架構,憶阻器存算一體的計算方式降低了數據搬移的功耗。然而,如何提升計算吞吐量,使其真正適用于A(yíng)I訓練任務(wù),是當前研究的重點(diǎn)之一。 憶阻器的測試測量挑戰:精確測量是產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵 如果憶阻器要真正進(jìn)入AI計算的核心,精準測試是繞不開(kāi)的環(huán)節。憶阻器測試涉及多個(gè)方面: 1. 器件級測試 器件級測試主要關(guān)注單個(gè)憶阻器的基礎性能,包括: ● 直流(DC)掃描測試:測量憶阻器的 I-V 特性,確保其開(kāi)關(guān)狀態(tài)的穩定性。 ● 脈沖(AC)測試:研究憶阻器在 AI 計算中的突觸可塑性,模擬人腦神經(jīng)元的工作方式。 ● 耐久性測試:研究憶阻器在反復讀寫(xiě)后的性能衰減情況。 2. 陣列級測試 當憶阻器應用于存算一體芯片時(shí),需要進(jìn)行陣列級測試,以驗證其在大規模協(xié)同計算中的表現。測試內容包括: ● 存算一體芯片的計算精度測試,確保大規模憶阻器陣列在A(yíng)I任務(wù)中的計算誤差可控。 ● 端到端AI推理性能測試,直接運行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )算法,并對計算結果進(jìn)行評估。 ● 數據保持特性,評估憶阻器在長(cháng)時(shí)間存儲時(shí)的穩定性。 3. 現實(shí)環(huán)境模擬測試 為了確保憶阻器可以應用于實(shí)際場(chǎng)景,需要進(jìn)行多種環(huán)境因素的模擬測試: ● 溫度可靠性測試,研究憶阻器在不同溫度范圍(如 -40℃ 至 125℃)下的穩定性。 ● 濕度影響測試,確保憶阻器在高濕度環(huán)境下不會(huì )發(fā)生數據丟失。 ● 輻射耐受性測試,評估憶阻器在航天、醫療等特殊環(huán)境中的適用性。 Tektronix:助力憶阻器產(chǎn)業(yè)化的測試方案 作為全球領(lǐng)先的測試測量設備提供商,Tektronix提供全面的憶阻器測試解決方案,幫助研究人員和企業(yè)加速憶阻器技術(shù)的商業(yè)化。 1. 4200A-SCS半導體參數分析儀 ● 高精度源測單元(SMU):支持 DC、低頻 AC 測試,確保憶阻器的電學(xué)性能。 ● 納秒級脈沖測量(PMU):精準測試憶阻器在 AI 計算中的動(dòng)態(tài)表現。 ![]() 2. 矩陣開(kāi)關(guān)測試方案 Keithley 3706系列矩陣開(kāi)關(guān),適用于大規模憶阻器陣列測試,低漏電特性確保精準測量。 ![]() 3. 自動(dòng)化測試與數據分析 Tektronix TMAS平臺,支持Python可編程測試,提供自動(dòng)化數據采集和分析。 ![]() 憶阻器存算一體架構正在快速發(fā)展,預計在未來(lái)5-10年內將進(jìn)入商業(yè)化應用。隨著(zhù)AI大模型計算需求的持續增長(cháng),憶阻器將在高密度存儲、低功耗計算方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。Tektronix將繼續推動(dòng)憶阻器測試技術(shù)的發(fā)展,為存算一體計算架構的未來(lái)提供最前沿的測量方案。了解憶阻器測試更多產(chǎn)品資料,https://www.tek.com.cn/products/ ... -parameter-analyzer。 |