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RRAM技術で実現した高精度アナログ行列計算システムが行列方程式を高速解く

北京大学と北京先進集積回路イノベーションセンターの研究チームが、高精度なアナログ計算を実現する新方式の行列方程式解決システムを開発した。このシステムは、抵抗型ランダムアクセスメモリ(RRAM)を用いたスケーラブルなアナログ回路で構成され、Nature Electronicsに掲載された論文で発表された。研究を主導した北京大学の孫忠助教授(同論文の上級著者)は、「2017年からアナログ計算に取り組んできた。我々のアプローチは『現代的アナログ計算』と呼び、従来の微分方程式ではなく、行列方程式を解くことに焦点を当てている」と説明する。 従来のアナログ計算機は、ノイズの影響を受けやすく、デジタル機器に比べて精度が低いため、実用化に限界があった。しかし、研究チームは2022年以降、高精度なアナログ計算の実現に取り組み、今回、24ビット固定小数点精度(FP32相当)を達成した。その鍵は、2019年に開発された低精度の行列逆行列回路と、複数のRRAMアレイを用いたビットスライス技術による高精度行列-ベクトル積の組み合わせにある。このハイブリッド方式では、1回の反復で近似解を得た後、高精度演算で補正方向と量を特定し、高速に収束する。 実験では8×8アレイ回路を基に、16×16、32×32の行列方程式まで解くことが確認された。この技術は、無線通信や人工知能(AI)の分野で、高速かつ省電力な計算を可能にする可能性を秘めている。孫教授は、「完全にアナログの行列計算が、浮動小数点デジタルシステムと同等の精度を達成でき、スケーラビリティも確保された点が最大の貢献」と強調。今後の目標は、より大きなアレイ回路をチップ上に統合し、行列逆行列と行列-ベクトル積を一体化した単一プラットフォームの実現である。

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