IBM推出具有相变存储器的8位模拟芯片

12月 3 号， 在旧金山举行的IEEE国际电子器件会议（IEEE International Electron Devices Meeting）上，来自 IBM的报告介绍了 一 种 新的8位模拟芯片。但真正的发展 并 不是模拟芯片 追 赶上 了数字芯片 ， 而是 对芯片架构的彻底重新思考。该芯片是第一个在存储信息的地方执行8位计算的芯片。

这项研究的首席研究员Abu Sebastian（ 来自 IBM苏黎世 研究中心 ）说，在传统的冯·诺依曼芯片架构中，数据不断地在内存和处理 器 之间 穿梭 ， 这 消耗 了 宝贵的能量和时间。内存计算是降低功耗同时提高性能的 合乎逻辑的 下一步。这 方面的进步 对于硬件跟上人工智能的发展是必要的。

IBM的新 型 模拟芯片是基于相变存储器的。关键成分是一种可以 对 电流 作出反应 而发生相变的材料。 它们 通常是锗 、 碲和锑的合金。在导电的 那个 相中，原子排列得很 整齐 。在另一个不导电的 相中 ，原子四处 运动 ，被电流局部加热，变得杂乱无章。

两个电极之间的相变材料不会 像0和 1 那样在 有序和杂乱的排列之间完全切换。相反，在任何时间点，都 是两种排列 的混合：材料的 总电阻 取决于原子 杂乱排列 的区域的大小。

Sebastian说 ：“ 我们正在根据原子排列对信息进行编码。 ” 例如，神经网络的权重可以 以 相变存储器设备中的电阻 的方式 来存储和访问。

但这些电阻存在漂移和波动 的问题 。因为当读取信息时电流通过相变材料，所以 原子排列杂乱的 区域每次都 会 改变一点 —— 这限制了这种 器件 的精度和实用性。

为了解决这个问题，IBM的研究人员 给相变存储器 引入了一个所谓的投影段 （ projection segment ） 。投影段是该团队在2015年首次提出的，它是一 个 金属氮化物导电层，包裹着相变材料芯，并在电极之间平行 于相变材料芯 运行。投影段将信息的写入和读取过程分开。

这个投影段在写入信息时不做任何事情 ； 所有的电流 都会流过 相变材料 而调整原子排列杂乱 的区域。但是，当检索信息时，电流流过投影段并绕过 原子排列杂乱的 区域，使它们保持不变 ， 并保留所存储的信息。Sebastian说 ：“ 这是关键 的 创新 。 ”

研究人员在一个 包含有 30个相变存储 器 的8位芯片上测试了单层神经网络，以识别数字1、0和4的图像， 测试结果达到了 100%的分类精度。虽然 现在 还为时过早，但Sebastian估计，与传统计算相比，这一进展可能为未来的设备带来 100 至1000倍的节能 效果 。

传统计算追求的是 精确度 ，而 随着 人工智能 的发展，现在有与之 相反的 计算追求 。IBM 当天 还 介绍 了一种数字芯片，它 也是 8位 的 ，同时在神经网络训练中保持 了高 准确性。 这种神经网络更进一步地模拟 人脑， 而 人脑通常可以从很少的信息中得出正确的结论。

IBM负责研究的副总裁Jeff Welser这比作从 一个 雾 蒙蒙 的窗户往外看，看到一个模糊的人朝你家走来。“只要你认 得 出 那是 你的妈妈，图像的精度有多低都没有关系，”Welser说 ， “你得到了你 所需 的正确信息。”