打破技术霸权！中国首造新型芯片！算力超国外千倍，突破世纪难题

文|ho侯神

编辑|ho侯神

要知道，平时我们刷短视频不卡顿、AI生成图片秒出、基站保障千万人通话，这些日常里的舒服体验，全靠“算力”在背后撑着。

但很少有人知道，全球算力这块儿，长期被国外的数字计算技术攥在手里，不仅技术上卡脖子，还存在个大问题。

要处理基站信号、AI大模型训练这些活儿，得解特别复杂的“矩阵方程”，可传统数字计算的办法又慢又费电，就连国外顶级GPU处理个128×128的矩阵，居然也要整整一天。

全球科学家卡了几十年的“世纪难题”还在这儿摆着，中国北京大学的团队突然拿出了新芯片，不仅让模拟计算精度追上数字计算，算力还比国外顶级GPU超了千倍，这芯片到底咋打破国外垄断的？

要明白这芯片的厉害，得先搞懂算力领域的“卡脖子”到底卡在哪，不管是基站处理信号，还是AI大模型调参数，本质上都是在解“矩阵方程”，就是把海量数据排成矩阵，再算出结果。

过去这么多年，行业全靠“数字计算”干这活儿，而国外企业在高端数字处理器上搞垄断，咱们想用好算力，就得看人家脸色。

可数字计算的短板太明显了，为了算得准，得把数据拆成一个个小单元慢慢算，不仅费时间，能耗还高得吓人。

有数据说，一座大型数据中心光处理AI训练，每年耗电量就抵得上一个中等城市的居民用电，随着数据量越来越大，数字计算的“效率天花板”也越来越明显。

国外顶级GPU处理128×128的矩阵方程，要花24小时，这对需要实时响应的5G通信、自动驾驶来说，根本不够用。

这时，“模拟计算”重新被盯上了，它不像数字计算那样“逐个算”，而是像电流在电路里一起流那样，靠器件物理特性并行运算，理论上又快又省电。

可问题是，全球研究了几十年，就是跨不过那道坎，想让模拟计算算得准，就处理不了大规模任务，想处理大任务，精度就掉下来。

比如国外有团队做过模拟芯片，处理小规模数据还行，矩阵一超过32×32，误差就飙到1%以上，根本没法用在通信、AI这些对精度要求高的领域。

也正因为这样，国外才敢稳稳攥着数字计算的霸权，他们觉得，模拟计算永远破不了这个局。

而就在国外团队盯着“单一优化”钻牛角尖时，北京大学人工智能研究院的孙仲团队，联合集成电路学院的研究者，走了条“融合创新”的路。

他们没只盯着器件升级，也没光优化算法，而是把“新型信息器件”“原创电路”“经典算法”凑在一起，像拼拼图似的严丝合缝，最后做出了“基于阻变存储器阵列的全模拟矩阵方程求解器”。

最关键的突破是，首次把模拟计算的精度提到了24位定点精度，这可是数字计算处理复杂任务的“标准线”。

可能有人不懂“24位定点精度”是啥概念，其实说白了就是误差特别小，处理16×16的矩阵时，经过10次迭代优化，相对误差能低到10-7量级，相当于算1亿次，误差还不到1次，完全够得上通信、AI的精度要求。

而做到这点，靠的是团队独创的“迭代算法+位切片”组合，先靠模拟低精度矩阵求逆，快速算出个“大概答案”，像画一幅画先勾轮廓。

再用“位切片”技术把数据按“位”拆开来，逐位精细调整，就像给轮廓填细节，慢慢把误差压到最低。

这种“三招联动”的思路，刚好避开了国外团队的误区，国外要么只升级器件，想靠新材料提精度，却没考虑电路能不能适配，要么只改算法，又忽略了硬件扛不扛得住。

孙仲团队从一开始就想明白了，要解决“精度和可扩展性”的矛盾，必须让器件、电路、算法“一起发力”。

比如他们选的阻变存储器，不仅能存数据还能直接运算，省了数据在“存储”和“运算”之间传输的损耗。

原创的电路设计，保证了并行运算时不会受信号干扰，再配上经典迭代算法，既够准又能处理大规模数据，就是这套“1+1+1>3”的办法，让咱们跳出了国外的技术框架。

一款芯片好不好，最终得看数据，孙仲团队公布的测试结果，每一项都在打国外顶级处理器的脸，精度上，16×16矩阵的24比特定点求逆能实现，10次迭代后误差低，不光超了所有模拟芯片，还跟国外32位数字处理器精度持平。

性能上，处理32×32的矩阵求逆时，这芯片单核算力已经超过国外高端GPU，等矩阵规模到128×128，计算吞吐量直接是国外顶级处理器的1000倍以上，说直白点，国外GPU干一天的活儿，咱们这芯片1分钟就搞定了。

更惊喜的是“能效比”，同样精度下，这模拟芯片的能效比传统数字处理器高100倍以上。

这意味着要是用它替换数据中心里的国外GPU，一座大型数据中心的年耗电量，可能从“中等城市规模”降到“小区规模”，企业能省一大笔电费，还能帮着实现“双碳”目标。

比如有通信企业算过，用这芯片处理大规模MIMO信号检测，原本要10台高端服务器跑24小时，现在1台搭这芯片的服务器1小时就完事，电费直接省了90%多。

实际应用测试也没让人失望，团队把芯片用在“大规模MIMO信号检测”上——这可是通信领域的核心活儿，直接关系到手机信号稳不稳、快不快。

测试结果显示，只需要3次迭代运算，芯片恢复的信号图像就和原始图像几乎一样，误码率跟32位数字计算的效果没差别。

要知道，5G基站对信号处理的延迟要求特别高，超过1毫秒就可能断通话，这芯片的快速响应，意味着以后咱们在高铁上、偏远山区，都能用上稳定的5G，甚至6G的“万物互联”，也能因为它来得更快。

10月13日，这项研究的论文发在了《自然·电子学》上，这可是电子领域的权威期刊，能上这儿，说明中国团队的突破得到了全球科学界的认可。

这打破了国外在“新型算力芯片”领域的话语权垄断，以前《自然·电子学》上关于模拟计算的论文，几乎全是国外团队的，还大多停留在“理论阶段”，而咱们不仅拿出了理论，还做出了能实际用、性能碾压的芯片产品。

国外媒体都评价说“中国团队把模拟计算从实验室概念变成了产业级方案，这会彻底改全球算力格局”以前国外企业靠数字计算垄断，不仅高端芯片卖得贵，还在技术转让上设各种门槛。

比如有国外GPU巨头，给中国企业供货时，不仅价格高，还不准用在科研突破上，现在咱们有了这款模拟芯片，相当于在数字计算之外，开了条全新的“算力赛道”。

以后不管是AI训练、基站建设，还是量子计算、自动驾驶，都不用再依赖国外数字处理器，靠自己的技术就能突破。

孙仲接受采访时说“我们证明了模拟计算能以极高效率和精度，解决现代科学和工程的核心计算问题”，这句话背后，是中国科技从“跟跑”到“领跑”的转变。

这芯片不光是“算力超国外千倍”，更给全球算力发展指了条“又多又省电”的路，现在数字计算能耗越来越高，模拟计算的低功耗优势，能帮人类摆脱“算力涨、能耗也涨”的怪圈。

未来咱们可能会看到，数据中心不再是“耗电大户”，AI设备能在手机、手表上高效运行，甚至太空探索的航天器，也能用低功耗的模拟芯片做复杂运算。

这背后是中国科研团队打破国外技术霸权的贡献，咱们不仅解决了全球几十年的难题，还打开了一个“算力无处不在、又绿色又高效”的新时代。