破解世紀難題！中國北京大學科研團隊成功研製新晶片 算力超越頂級GPU千倍

中國北京大學人工智慧研究院孫仲研究員團隊近日聯合積體電路學院研究團隊，成功開發出基於阻變記憶體的高精度、可擴展模擬矩陣計算晶片，首次實現在精度上可與數位運算媲美的類比計算系統。

該晶片在求解大規模 MIMO 訊號檢測等關鍵科學問題時，計算吞吐量與能源效率較目前頂級數位處理器 (GPU) 提升百倍至千倍，而相關論文已在周一 (13 日) 刊登於《自然 · 電子學》期刊。

孫仲研究團隊成功開發出基於阻變記憶體的高精度、可擴展模擬矩陣運算晶片，首次實現了在精度上可與數位運算媲美的類比運算系統，將傳統類比運算的精度提升了驚人的五個數量級。

這項成果標誌著中國突破模擬運算世紀難題，在後摩爾時代運算模式變革中取得重大突破，為因應 AI 與 6G 通訊等領域的算力挑戰開闢了全新路徑。如何讓模擬計算兼具高精度與可擴展性，從而在現代計算任務中發揮其先天優勢，一直是困擾全球科學界的世紀難題。

孫仲認為，研究成果的應用前景廣闊，可賦能多元運算場景，可望重塑算力格局。

孫仲表示，在未來 6G 通訊領域，它能讓基地台即時且低能耗方式處理大量的天線訊號，提升網路容量和能源效率。對於正在高速發展中的 AI 技術，這項研究可望加速大模型訓練中運算密集的二階最佳化演算法，進而顯著提升訓練效率。 

孫仲說：「更重要的是，低功耗特性也將強力支援複雜訊號處理和 AI 訓推一體在終端設備上的直接運行，大大降低對雲端的依賴，進而推動邊緣運算邁向新階段。」

孫仲團隊選擇了一條融合創新的道路，透過新型資訊元件、原創電路和經典演算法的協同設計，建構了一個基於阻變記憶體陣列的高精度、可拓展的全類比矩陣方程式求解器，首次將類比計算的精度提升至 24 位元定點精度。

在計算精度方面，該團隊在實驗上成功實現 16×16 矩陣的 24 比特定點數精度求逆，矩陣方程式求解經過 10 次迭代後，相對誤差可低至 10⁻⁷量級。

在運算效能方面，在求解 32×32 矩陣求逆問題時，其算力已超越高階 GPU 的單核心效能；當問題規模擴大至 128×128 時，運算吞吐量更達到頂級數位處理器的 1000 倍以上，傳統 GPU 幹一天的活，這款晶片一分鐘就能搞定。同時，該晶片在相同精度下能效比傳統數位處理器提升逾 100 倍，為高能源效率運算中心提供了關鍵技術支援。