創新的新型晶片技術整合了資料儲存和處理功能，大大提高了效率和效能。這些晶片受到人腦的啟發，預計將在三到五年內上市，需要跨學科合作才能達到產業安全標準。

胡薩姆-阿姆魯奇（Hussam Amrouch）開發了一種可用於人工智慧的架構，其功能是同類記憶體計算方法的兩倍。根據《自然》（Nature）雜誌報導，這位慕尼黑工業大學（TUM）的教授利用被稱為鐵電場效電晶體（FeFET）的特殊電路應用了一種新的計算模式。幾年內，這可能會被證明適用於生成式人工智慧、深度學習演算法和機器人應用。

基本概念很簡單：以前的晶片只在電晶體上計算，而現在它們也是資料儲存的位置。這樣既省時又省力。慕尼黑工業大學（TUM）人工智慧處理器設計教授胡薩姆-阿姆魯奇（Hussam Amrouch）說：”因此，晶片的性能也得到了提升。”

未來的晶片必須比早期的晶片更快、更有效率。因此，它們的發熱速度不能太大。如果要支援無人機飛行等場景的即時計算等應用，這一點至關重要。對計算機來說，這樣的任務極為複雜且耗能。

Hussam Amrouch 教授為能源密集應用開發強大的人工智慧晶片。圖片來源：Andreas Heddergott / TUM

對晶片的這些關鍵要求可以用數學參數TOPS/W 來概括：”每秒每瓦特的太赫茲運算量”。這可以看作是未來晶片的重要技術指標：當提供一瓦（W）功率時，處理器每秒（S）能執行多少兆次運算（TOP）。

博世與弗勞恩霍夫IMPS 合作開發的新型人工智慧晶片在生產過程中得到了美國GlobalFoundries 公司的支持，可提供885 TOPS/W。這使得它比同類人工智慧晶片（包括三星公司的MRAM 晶片）的功能強大一倍。而目前普遍使用的CMOS 晶片的運行速度在10-20 TOPS/W 之間。最近發表在《自然》雜誌上的研究結果證明了這一點。

受人腦啟發的晶片架構

研究人員從人類那裡借鏡了現代晶片架構的原理。阿姆魯奇說：”在大腦中，神經元負責處理訊號，而突觸則能夠記住這些訊息，他描述了人類如何能夠學習和回憶複雜的相互關係。”

為此，晶片使用了”鐵電”（FeFET）電晶體。這種電子開關具有特殊的附加特性（施加電壓時極性反轉），即使在切斷電源的情況下也能儲存資訊。此外，它們還能保證在電晶體內同時儲存和處理資料。

阿姆魯奇認為：”現在，我們可以建立高效的晶片組，用於深度學習、生成式人工智慧或機器人等應用，例如，在這些應用中，資料必須在生成的地方進行處理。”

面向市場的晶片之路

研究人員的目標是利用這種晶片運行深度學習演算法，識別太空中的物體，或處理無人機在飛行過程中產生的數據，而不會出現時滯。不過，慕尼黑工業大學慕尼黑機器人與機器智能綜合研究所（MIRMI）的教授認為，要實現這一目標還需要幾年時間。他認為，適合實際應用的首款記憶體晶片最快也要三到五年後才能問世。

其中一個原因是工業界的安全要求。例如，在汽車產業使用這種技術之前，僅有可靠的功能是不夠的。它還必須符合該行業的特定標準。硬體專家阿姆魯奇說：「這再次凸顯了與電腦科學、資訊學和電機工程等不同學科的研究人員開展跨學科合作的重要性。」他認為這是MIRMI 的一大優勢。