Tái thiết kế FPGA: bước tiến xanh cho kỷ nguyên AI

Điểm đặc biệt của công trình nghiên cứu này nằm ở việc "tái tưởng tượng" cách mà chip FPGA - một loại chip có thể lập trình lại sau khi sản xuất - xử lý các tác vụ logic và toán học.

FPGA (Field-Programmable Gate Array) vốn được biết đến là loại chip rất linh hoạt, có thể thay đổi chức năng theo nhu cầu. Chúng có mặt trong rất nhiều lĩnh vực, từ máy chủ đám mây, thiết bị y tế, cho đến các hệ thống mạng và công nghiệp. Tuy nhiên, nhược điểm của FPGA là cách mà các khối logic bên trong nó vận hành.

Thông thường, mỗi khối logic gồm hai thành phần chính: bảng tra cứu (Lookup Table - LUT) để xử lý các điều kiện logic, và chuỗi cộng (adder chain) để thực hiện phép toán số học. Vấn đề ở chỗ, nếu muốn sử dụng adder, dữ liệu thường phải đi qua LUT trước. Sự phụ thuộc này khiến việc tính toán trở nên kém hiệu quả, chiếm nhiều diện tích chip hơn cần thiết và tiêu tốn thêm năng lượng.

Để giải quyết điểm yếu này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một kiến trúc mới có tên gọi “Double Duty”. Thiết kế này cho phép LUT và adder chain hoạt động độc lập, tức là có thể vừa xử lý logic, vừa thực hiện phép toán mà không cần phụ thuộc vào nhau. Nói cách khác, thay vì phải đi đường vòng như trước, các phép tính toán học được thực hiện trực tiếp hơn, nhanh hơn.

Khi đem áp dụng vào những mô hình mạng nơ-ron được triển khai sẵn để tăng tốc xử lý AI, kết quả mang lại rất đáng chú ý. Theo báo cáo, các mạch AI trên FPGA sử dụng kiến trúc Double Duty có thể giảm hơn 20% diện tích cần thiết so với FPGA truyền thống. Điều này đồng nghĩa với việc phần cứng nhỏ gọn hơn, ít ngốn vật liệu và năng lượng hơn. Không chỉ vậy, hiệu năng tổng thể của chip cũng có thể tăng thêm 10% khi chạy nhiều loại mạch khác nhau. Một bước tiến vừa tiết kiệm vừa nâng cao sức mạnh xử lý.

Không chỉ dừng lại trong phạm vi xử láy các tác vụ AI. Bất cứ ứng dụng nào cần nhiều phép toán, từ xử lý tín hiệu không dây, kiểm tra lỗi chip, cho đến các hệ thống tính toán công nghiệp, đều có thể hưởng lợi từ thiết kế Double Duty này. Việc FPGA đã len lỏi vào trong vô số thiết bị điện tử hiện đại, việc tối ưu hóa cách mà chúng tiêu thụ năng lượng không chỉ giúp giảm chi phí cho doanh nghiệp, mà còn góp phần giảm bớt tác động môi trường của toàn ngành công nghệ. Trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo ngày càng phổ biến và nhu cầu tính toán ngày càng tăng, hướng đi này có thể mở ra một kỷ nguyên chip vừa mạnh mẽ vừa "xanh" hơn.