新型芯片计算吞吐量与能效可超顶级GPU百倍至千倍

发布于：2025-10-21

近日，北京大学人工智能研究院孙仲研究员团队联合集成电路学院研究团队，成功研制出基于阻变存储器的高精度、可扩展模拟矩阵计算芯片，首次实现了在精度上可与数字计算媲美的模拟计算系统。该芯片在求解大规模MIMO信号检测等关键科学问题时，计算吞吐量与能效较当前顶级数字处理器（GPU）提升百倍至千倍。

据介绍，研究团队选择了一条融合创新的道路，通过新型信息器件、原创电路和经典算法的协同设计，构建了一个基于阻变存储器阵列的高精度、可拓展的全模拟矩阵方程求解器，首次将模拟计算的精度提升至24位定点精度。

研究团队基于迭代算法，结合了模拟低精度矩阵求逆和模拟高精度矩阵—向量乘法运算，开发了一种基于全模拟矩阵运算的高精度矩阵方程求解方案，先快速算出矩阵方程的“近似解”，再用“位切片”方法，实现迭代细化。

在计算精度方面，研究团队在实验上成功实现16×16矩阵的24比特定点数精度求逆，矩阵方程求解经过10次迭代后，相对误差可低至10-7量级。在计算性能方面，在求解32×32矩阵求逆问题时，其算力已超越高端GPU的单核性能；当问题规模扩大至128×128时，计算吞吐量更达到顶级数字处理器的1000倍以上，传统GPU干一天的活，这款芯片一分钟就能搞定。同时，该方案在相同精度下能效比传统数字处理器提升超100倍，为高能效计算中心提供了关键技术支撑。

研究团队将它应用到了“大规模MIMO（多输入多输出）信号检测”中，仅用3次迭代，恢复的图像就和原始图像高度一致，误码率和32位数字计算效果相当，凸显其在实时信号处理中的潜力。

【来源：中国电子报】