计算机科学 > 新兴技术
[提交于 2025年7月15日
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标题: 无故障模拟计算与不完美硬件
标题: Fault-Free Analog Computing with Imperfect Hardware
摘要: 随着对边缘计算和人工智能需求的增长,研究者们开始利用忆阻器进行模拟内存计算,这种计算方式通过在内存内部直接计算来克服数据移动瓶颈。 然而,器件故障和变化会严重影响模拟系统的精度和可靠性。 现有的容错技术,如冗余和重新训练,在高精度应用或需要固定矩阵和隐私保护的场景中往往不够。 在此,我们引入并实验验证了一种无故障的矩阵表示方法,其中目标矩阵被分解为两个可调节子矩阵的乘积,并编程到模拟硬件上。 这种间接、自适应的表示方法使数学优化能够绕过故障器件并消除差分对,显著提高计算密度。 我们的基于忆阻器的系统在39%器件故障率的情况下,实现了离散傅里叶变换矩阵的>99.999%余弦相似度,这种保真度在传统直接表示方法中无法实现,因为单个器件故障(0.01%的故障率)就会导致失败。 我们在无线通信中展示了56倍的比特错误率降低,并且与最先进的技术相比,密度提高了>196%,能效提高了179%。 这种方法在忆阻器上得到验证,适用于新兴存储器和非电子计算基板,表明器件良率不再是模拟计算硬件的主要瓶颈。
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