Một con chip 40nm do các nhà khoa học Trung Quốc phát triển có thể tái tạo bề mặt não người trong chưa đầy nửa giây, nhanh hơn GPU NVIDIA A100 từ 50 đến 478 lần tùy độ phức tạp. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science và xác nhận độc lập bởi Trung tâm Nghiên cứu Juelich của Đức.
Đột phá từ công nghệ 40nm tưởng như lỗi thời
Trong khi các nhà sản xuất chip hàng đầu thế giới chạy đua ở tiến trình 3nm và 2nm, nhóm nghiên cứu từ Đại học Bắc Kinh và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã chứng minh rằng công nghệ 40nm vẫn có thể tạo ra hiệu năng vượt trội trong các tác vụ chuyên biệt. Bề mặt vỏ não người có hàng nghìn nếp gấp và rãnh phức tạp, chứa hàng tỷ tế bào thần kinh. Việc dựng mô hình 3D chính xác từ dữ liệu quét não trước đây mất nhiều phút đến hàng giờ, quá chậm để hỗ trợ phẫu thuật thần kinh trực tiếp.
Kiến trúc computing-in-memory xóa bỏ nút thắt cổ chai
Vấn đề cốt lõi là kiến trúc máy tính truyền thống tách biệt bộ nhớ và bộ xử lý, khiến dữ liệu phải di chuyển liên tục, tạo độ trễ lớn. Nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã giải quyết bằng kiến trúc computing-in-memory, tích hợp lưu trữ và xử lý trong cùng một mảng bộ nhớ, cho phép tính toán diễn ra ngay tại chỗ mà không cần di chuyển dữ liệu.
Biến nhược điểm của memristor thành ưu điểm
Memristor, loại bộ nhớ thế hệ kế tiếp, có hiện tượng "conductance drift" – giá trị điện dẫn tự thay đổi theo thời gian, gây mất ổn định dữ liệu. Thay vì loại bỏ, nhóm nghiên cứu đã biến nó thành công cụ tính toán, mô phỏng cách tế bào thần kinh thay đổi trạng thái trong não thật. Các nhà khoa học Đức tại Trung tâm Juelich so sánh cách tiếp cận này với việc "chế biến sữa tươi ngay tại trang trại thay vì vận chuyển đến nhà máy", nhấn mạnh hiệu quả xử lý dữ liệu tại nơi lưu trữ.
Ứng dụng y tế thời gian thực và tương lai
Giáo sư Yang Yuchao, tác giả chính, cho biết chip có thể cung cấp bản đồ não thời gian thực cho bác sĩ phẫu thuật thần kinh ngay trong ca mổ, hỗ trợ sàng lọc sớm Alzheimer qua phân tích nhanh cấu trúc não, và đặt nền tảng phần cứng cho giao diện não-máy tính thế hệ tiếp theo. Trong tương lai xa, công nghệ này có thể cho phép xây dựng các "bản sao não số" cá nhân hóa cho từng bệnh nhân.
Hiệu năng vượt trội so với A100 chỉ áp dụng cho tác vụ tái tạo bề mặt não, không phải tính toán AI tổng quát. Tuy nhiên, kết quả chứng minh rằng với đúng kiến trúc và bài toán, một con chip 40nm có thể làm được điều mà GPU hiện đại nhất không theo kịp.
