"Вычисления в памяти" или "вычислительная память" - это концепция построения вычислительных систем, в которой ячейки памяти используются одновременно для хранения и обработки информации. Такая вычислительная архитектура не имеет ничего общего с архитектурой фон Неймана, на базе которой построены практически все современные компьютеры и даже смартфоны. В этой традиционной архитектуре данные постоянно перемещаются между памятью и процессором, что делает вычислительную систему более медленной и менее эффективной.

Недавно, исследователи из IBM Research, продемонстрировали работу алгоритма, основанного на принципах машинного глубинного обучения и самообучения, выполняющегося в недрах экспериментальной вычислительной системы, основой которой является миллион ячеек памяти на основе эффекта фазовых переходов (phase change memory, PCM). Этот алгоритм успешно справился с задачей обнаружения корреляции между входными потоками данных, что является достаточно тяжелой вычислительной задачей для классических компьютеров. На этой задаче устройство, реализующее принцип "вычислений в памяти", продемонстрировало производительность, в 200 раз превышающую производительность традиционных компьютеров. И если добавить к этому весьма высокие показатели эффективности и способность системы к параллельному выполнению множества задач, можно с уверенностью сказать, что такие вычислительные устройства являются идеальным вариантом для создания систем искусственного интеллекта.

Активным элементом ячейки PCM-памяти является слой из сплава сурьмы-теллура-германия, зажатый между электродами. Когда на эти электроды подается электрический ток, нагрев материала приводит к его переходу из аморфного состояния с беспорядочным расположением атомов к кристаллическому состоянию, когда атомы упорядочиваются в виде кристаллической решетки, а сам материал становится прозрачным. А динамика переходов материала из одного состояния в другие используется специалистами компании IBM для организации вычислений прямо в ячейке памяти.

"Данное достижение является частью более глобальной программы исследований в области искусственного интеллекта, в которой мы занимаемся разработкой новых материалов, аппаратных средств и архитектуры вычислительных систем" - рассказывает доктор Эванджелос Элефтэрайоу (Dr. Evangelos Eleftheriou), - "Традиционные CMOS-технологии уже не развиваются прежними темпами из-за ряда существующих физических ограничений, поэтому для создания быстродействующей памяти, процессоров требуются совершенно иные подходы, чем те, что используются в традиционных компьютерах".

"Память до последнего времени рассматривалась только как часть компьютерной системы, предназначенная исключительно для хранения информации. В своей работе мы показали, что, используя некоторые особенности физики работы ячеек памяти, мы можем выполнить как примитивные, так и высокоуровневые вычислительные операции с хранимыми в ячейках данными" - рассказывает доктор Абу Себастьян (Dr. Abu Sebastian), ученый из IBM Research, - "И самым примечательным является то, что результаты вычислительных операций хранятся в тех же самых ячейках памяти, что немного похоже на работу нейронов головного мозга".