DeepSeek掀起AI計(jì)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(jìng)賽。隨著AI訓(xùn)練規(guī)模的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，計(jì)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(tǒng)芯片難以支撐未來(lái)AI需求！
當(dāng)前主流的馮·諾依曼架構(gòu)已無(wú)法跟上AI發(fā)展的步伐，存儲(chǔ)與計(jì)算分離導(dǎo)致數(shù)據(jù)搬移成為巨大瓶頸。這不僅拖慢了計(jì)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(jì)算直接在存儲(chǔ)單元內(nèi)完成，大幅降低數(shù)據(jù)搬移的功耗和時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，真正實(shí)現(xiàn)計(jì)算與存儲(chǔ)合二為一！
憶阻器：從理論設(shè)想到AI計(jì)算革命的中堅(jiān)力量
憶阻器（Memristor），這個(gè)概念最早可以追溯到 1971 年，當(dāng)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(yàn)室的科學(xué)家們首次成功制備出憶阻器，人們才意識(shí)到，它可能會(huì)成為改變計(jì)算格局的關(guān)鍵。
憶阻器的魅力在于，它不僅是一個(gè)存儲(chǔ)單元，同時(shí)還能進(jìn)行計(jì)算！想象一下，如果你的硬盤(pán)不僅能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還能直接進(jìn)行深度學(xué)習(xí)計(jì)算，那么 AI 訓(xùn)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(gòu)的核心組件。
憶阻器的核心特性
● 非易失性存儲(chǔ)：即使斷電，數(shù)據(jù)仍然得以保留。
● 高并行計(jì)算能力：大規(guī)模憶阻器陣列可以同時(shí)存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。
● 超低功耗：相比傳統(tǒng)存儲(chǔ)器，憶阻器計(jì)算能耗更低，特別適合AI計(jì)算。
在AI計(jì)算領(lǐng)域，憶阻器的優(yōu)勢(shì)尤為顯著。它能夠模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的突觸行為，使得類(lèi)腦計(jì)算（Neuromorphic Computing）成為可能。 這意味著，未來(lái)的AI計(jì)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(xí)。
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(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力可能受到制造工藝的影響，導(dǎo)致器件的性能不穩(wěn)定。在AI計(jì)算過(guò)程中，即使是微小的誤差，也可能導(dǎo)致推理精度下降，這對(duì)憶阻器的可靠性提出了更高的要求。
存儲(chǔ)密度與集成度
當(dāng)前AI計(jì)算任務(wù)需要極高的存儲(chǔ)密度。如何讓?xiě)涀杵鬟m應(yīng)高密度存儲(chǔ)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(chǔ)）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(jì)算能力。
低功耗與高計(jì)算吞吐量
相比傳統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)，憶阻器存算一體的計(jì)算方式降低了數(shù)據(jù)搬移的功耗。然而，如何提升計(jì)算吞吐量，使其真正適用于AI訓(xùn)練任務(wù)，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)之一。
憶阻器的測(cè)試測(cè)量挑戰(zhàn)：精確測(cè)量是產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵！
如果憶阻器要真正進(jìn)入AI計(jì)算的核心，精準(zhǔn)測(cè)試是繞不開(kāi)的環(huán)節(jié)。憶阻器測(cè)試涉及多個(gè)方面：
1、器件級(jí)測(cè)試
器件級(jí)測(cè)試主要關(guān)注單個(gè)憶阻器的基礎(chǔ)性能，包括：
● 直流（DC）掃描測(cè)試：測(cè)量憶阻器的 I-V 特性，確保其開(kāi)關(guān)狀態(tài)的穩(wěn)定性。
● 脈沖（AC）測(cè)試：研究憶阻器在 AI 計(jì)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(cè)試：研究憶阻器在反復(fù)讀寫(xiě)后的性能衰減情況。
2、陣列級(jí)測(cè)試
