Discussion :

[Anthony]

Percée chinoise dans le domaine des puces analogiques : 1 000 fois plus rapide que le GPU de Nvidia, la puce résout un "problème centenaire" en traitant les informations grâce à des courants électriques continus dans ses circuits physiques

Des chercheurs chinois de l'université de Pékin ont mis au point une puce analogique révolutionnaire qui surpasse jusqu'à 1 000 fois les GPU haut de gamme, tels que ceux de Nvidia et AMD. Cette innovation, détaillée dans la revue Nature Electronics, résout des problèmes de longue date dans le domaine du calcul analogique, offrant une vitesse et une efficacité énergétique inégalées pour les technologies d'intelligence artificielle (IA) et de la 6G en traitant les informations directement au sein des circuits de la puce.

Des chercheurs chinois ont dévoilé une puce analogique révolutionnaire qui promet de bouleverser le monde de l'informatique, avec des performances potentiellement 1 000 fois supérieures à celles des processeurs graphiques haut de gamme (GPU) des géants du secteur tels que Nvidia et AMD. Cette innovation développée par l'université de Pékin répond à un défi de longue date dans le domaine de l'informatique analogique, tout en s'attaquant aux goulots d'étranglement critiques en matière d'énergie et de données dans des domaines émergents tels que l'IA et la technologie 6G.

Publiée dans Nature Electronics, l'étude détaille en quoi ce nouveau dispositif, basé sur des cellules de mémoire vive résistive (RRAM), marque une avancée significative. Contrairement aux processeurs numériques traditionnels qui fonctionnent à l'aide de 1 et de 0 binaires, cette puce analogique traite les informations grâce à des courants électriques continus au sein de ses circuits physiques. Cette différence fondamentale lui permet d'effectuer des calculs directement sur son matériel, éliminant ainsi le transfert de données énergivore généralement nécessaire entre un processeur et des sources de mémoire externes.

Une vitesse et une efficacité sans précédent pour l'IA et la 6G

Les performances de la puce sont particulièrement impressionnantes dans le cadre de problèmes de communication complexes, notamment les défis liés à l'inversion matricielle qui sont courants dans les systèmes sans fil MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) à grande échelle. Dans ces scénarios exigeants, l'équipe de l'université de Pékin a indiqué que sa puce analogique offrait la même précision que les processeurs numériques standard tout en consommant environ 100 fois moins d'énergie. Des optimisations supplémentaires ont permis d'augmenter ses performances jusqu'à atteindre une vitesse 1 000 fois supérieure à celle des GPU haut de gamme tels que le Nvidia H100 et l'AMD Vega 20, des puces essentielles pour l'entraînement de modèles d'IA avancés tels que ChatGPT.

Les chercheurs soulignent que les ordinateurs numériques sont de plus en plus mis à rude épreuve par les énormes quantités de données requises par les applications modernes, d'autant plus que la miniaturisation traditionnelle des appareils devient plus difficile. Leur approche de l'informatique analogique offre une alternative convaincante, avec un débit nettement supérieur et une efficacité énergétique supérieure pour des niveaux de précision comparables.

Comparaison du débit de calcul (c) et de l'efficacité énergétique
(d) des processeurs AMC (Analogue matrix computing) et des processeurs numériques de pointe, à savoir deux GPU et un ASIC. La même précision de calcul (FP32) a été maintenue pour tous les candidats.

Résoudre le « problème centenaire » de l'informatique analogique

Bien que l'informatique analogique ait une longue histoire, remontant à plus de 2 000 ans avec des dispositifs tels que le mécanisme d'Anticythère, son adoption généralisée a été entravée par des problèmes de précision et de praticité. Les systèmes numériques, avec leurs états binaires stables, ont toujours offert un meilleur contrôle et une plus grande précision.

Cependant, les systèmes analogiques excellent intrinsèquement en termes de vitesse et d'efficacité. En représentant les calculs sous forme d'opérations physiques sur les circuits de la puce plutôt que sous forme de longs codes binaires, ils peuvent gérer simultanément de grands volumes d'informations avec une consommation d'énergie nettement moindre. Cet avantage intrinsèque est désormais essentiel pour les applications gourmandes en données et en énergie, telles que l'IA et les futurs réseaux 6G, qui exigent un traitement en temps réel de flux de données massifs et superposés.

La percée réside dans la configuration des cellules RRAM en un système unique à deux circuits : l'un pour les calculs rapides et approximatifs, l'autre pour le raffinement itératif, améliorant ainsi la précision. Cette conception innovante combine avec succès la vitesse inhérente au calcul analogique et la précision généralement associée au traitement numérique.

Application de HP-INV (high precision matrix inversion) à la détection ZF dans le MIMO massif. (a) Illustration d'un système MIMO massif avec M antennes BS (base station) et K antennes UE (user equipment). À titre d'exemple, une image binarisée 100 × 100 de l'emblème de l'université de Pékin est transmise dans le sens montant d'un MIMO 16 × 4. À chaque fois, chaque antenne UE transmet 8 bits de données binaires, ce qui équivaut à un symbole 256-QAM dans le plan en phase par rapport à la quadrature (I-Q). Les signaux sont transmis via un canal bruité et reçus au niveau de la BS, où le processus de détection récupère le symbole QAM. (b) Images récupérées par détection ZF. De gauche à droite, l'image est obtenue par l'INV analogique classique sans raffinement itératif, l'HP-INV avec un cycle d'itération et l'HP-INV avec deux cycles d'itération. Notez qu'au cycle 2, l'image reçue est déjà identique à l'image d'origine.

Potentiel de production de masse et perspectives d'avenir

Il est essentiel de noter que cette puce analogique avancée a été développée à l'aide d'un processus de production commercial, ce qui suggère un fort potentiel de fabrication en série. Ce facteur pourrait accélérer considérablement son intégration dans divers secteurs technologiques.

À l'avenir, l'équipe de l'université de Pékin souhaite améliorer encore les circuits de la puce afin d'en augmenter les performances. Son objectif immédiat est de développer des puces plus grandes et entièrement intégrées, capables de traiter des problèmes informatiques encore plus complexes à des vitesses sans précédent. Cette avancée pourrait marquer le début d'une nouvelle ère dans le domaine de l'informatique haute performance et économe en énergie, ouvrant la voie à la prochaine génération de technologies d'IA et de communication.

Source : Etude de l'université de Pékin, Chine

Et vous ?

Quel est votre avis sur le sujet ?
Trouvez-vous les conclusions de cette étude de l'université de Pékin crédibles ou pertinentes ?

Voir aussi :

La Chine affirme avoir mis au point une puce d'IA plus puissante que celle de l'américain Nvidia, l'ACCEL chinois serait 3000 fois plus efficace que la Nvidia A100

IBM dévoile une puce d'IA analogique qui fonctionnerait comme un cerveau humain, mais qui soulève des questions éthiques et sociétales

[Vilanelle]

C'est impressionnant.
J'ai hâte de voir l'évolution du monde dans 10, 15 ans.

Bon, j'ai un peu peur de la dystopie à venir, mais pour un esprit curieux, c'est fascinant.

[droggo]

Vraiment impressionnant,
et pour le moins inattendu.

[Anselme45]

Vraiment impressionnant,
et pour le moins inattendu.

En quoi est-ce "inattendu"? Vous avez toujours l'image d'une Chine à la traîne, une Chine juste capable de copier les grandes oeuvres occidentales?

---
Histoire de mettre à jour vos connaissances:

1. En 2024, la Chine est le pays qui dépose le plus de brevets au monde devant la pseudo puissance américaine et très loin devant les européens selon les chiffres officiels de l'OMPi (Organisation Mondiale de la Propriété Intellectuelle):

1° Chine avec 1,64 million de brevets

2° USA avec 518 364

3° Japon 414 413

4° Corée du Sud avec 287 954

5° Allemagne avec 133 053

2. La Chine est le pays qui a le plus grand nombre d'ingénieurs dans le monde:

Chine a 3,57 millions d'ingénieurs

Inde a 2,55 millions

USA a 820 milles

Russie 520 milles

La France ou l'Allemagne, premières puissances européennes, en ont moins de 220 milles chacun!!!

---

Quand on voit la réalité des chiffres, est-ce qu'il y a encore de la place pour "l'inattendu" ou est-ce que la chute vertigineuse de l'Europe dans les technologies s'explique???

[melka one]

sa fonctionne avec une manivelle ?

[droggo]

Bonjour,

En quoi est-ce "inattendu"? Vous avez toujours l'image d'une Chine à la traîne, une Chine juste capable de copier les grandes oeuvres occidentales?

---
Histoire de mettre à jour vos connaissances:

1. En 2024, la Chine est le pays qui dépose le plus de brevets au monde devant la pseudo puissance américaine et très loin devant les européens selon les chiffres officiels de l'OMPi (Organisation Mondiale de la Propriété Intellectuelle):

1° Chine avec 1,64 million de brevets

2° USA avec 518 364

3° Japon 414 413

4° Corée du Sud avec 287 954

5° Allemagne avec 133 053

2. La Chine est le pays qui a le plus grand nombre d'ingénieurs dans le monde:

Chine a 3,57 millions d'ingénieurs

Inde a 2,55 millions

USA a 820 milles

Russie 520 milles

La France ou l'Allemagne, premières puissances européennes, en ont moins de 220 milles chacun!!!

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Quand on voit la réalité des chiffres, est-ce qu'il y a encore de la place pour "l'inattendu" ou est-ce que la chute vertigineuse de l'Europe dans les technologies s'explique???

On est prié de fermer son clapet de mauvaise langue.

Je disais inattendu parce que c'est de l'analogique, et que ça détonne au milieu des avancées constantes du numérique.

[melka one]

par curiosité j'ai dernièrement lu le manifeste du communiste et de que j'ai pu comprendre il n'existerait pas de droit sur la propriété intellectuel tous ce qu'une personne invente appartient a la nation tous le monde peut en profite, c'est fort possible que c'est pour cette raison qu'en chine ils copient a tour de bras sans être inquiété de problème judiciaire et donc en théorie on a le droit de copié une invention provenant de chine sans être inquiété de problème judiciaire.

je me trompe peut etre ?

[wilfrite34]

Je trouve le gap/saut trop gros pour être vrai (instinct ? Autres cas technologiques où c’était pas tenable en pratique ?). Même s’il y doit y en avoir une différence.

Et sur les réseaux sociaux, les robots chinois se baladent dans la rue en public font leurs bonhommes de chemin… (vrai ou faux niveaux efficacité ? La je suis dans le faux mais jamais sûr).

C’est clairement la guerre technologique entre eux et le reste du monde. Et ce n’est pas prêt de s’arrêter.

[abgech]

Serait-ce le renouveau des calculateurs analogiques ?

Durant mes études d'ingénieur, au mitan des années 1960, j'ai vécu la "fin" des calculateurs analogiques et le début des calculateurs numériques. D'ailleurs mon mémoire de fin d'étude¹ comportait un mélange de moyens analogiques et digitaux.
Les calculateurs analogiques étaient les champions des équations différentielles, en quelque câbles on simulait une réalité physique complexe, avec une précision de l'ordre de 5 % (à l'époque), bien suffisante pour des applications pratiques.
Puis sont venu les ordinateurs, les équadiff se "résolvent" avec des algorithmes essentiellement basés sur la méthode Runge-Kutta, avec une meilleure précision. Quoique, quelle précision après plusieurs secondes (minutes) de moulinage ?

Alors, l'approche chinoise est intéressante, même si l'on en connaît très peu des caractéristiques.


NOTE
1) Contrôle de la fermeture de vannes de conduites forcées de barrage.

[Artemus24]

Salut à tous.

En quoi une approche analogique serait bien meilleure qu'une approche numérique ?

[Axel Mattauch]

L'approche est intéressante et credible.
D'une certaine façon cela répond à l'adage c'est dans les vieux pots qu'on fait les meilleures confitures.

abgech
Serait-ce le renouveau des calculateurs analogiques ?

Durant mes études d'ingénieur, au mitan des années 1960, j'ai vécu la "fin" des calculateurs analogiques et le début des calculateurs numériques. D'ailleurs mon mémoire de fin d'étude¹ comportait un mélange de moyens analogiques et digitaux.
Les calculateurs analogiques étaient les champions des équations différentielles, en quelque câbles on simulait une réalité physique complexe, avec une précision de l'ordre de 5 % (à l'époque), bien suffisante pour des applications pratiques.

Oui, la force des calculateurs analogiques réside en ce que justement ils soient analogiques. Un circuit câblé avec quelques amplis opérationnels, résistances, condensateurs répond aux mêmes équations différentielles qu'un circuit d'une autre nature par exemple un machin de labo avec des ressorts, des masses, etc. ou à un système physique analogue avec des étoiles, des planètes ...

L'analogie permet de traiter deux systèmes de nature différente (électrique vs mécanique p.e.) ou de même nature (un avion et une maquette à l'échelle) en apportant des gains en termes de coût, de temps ... du fait que les unités peuvent être modifiées.

Une autre exemple emblématique de système analogique est l'homéostat de Ross Ashby, censé réagir de façon appropriée à son environnement inconnu, mais en réagissant à des informations de l'environnement. Si on veut simplifier, un peu à l'instar d'un robot aspirateur. Sa particularité conceptuelle est que le comportement obtenu n'était pas le résultat d'un calcul prédéfini "quoi faire dans quelles circonstances" mais d'une sorte de vote de réactions pas ou peu prévisibles mais aboutissant (dans les meilleurs cas) à un comportement efficace (genre éviter des obstacles). De ce point de vue, on trouvera un certain cousinage avec les réseaux de neurones et un cousinage plus lointain avec les LLM et autres avancées en IA.

Artemus24
En quoi une approche analogique serait bien meilleure qu'une approche numérique ?

Ce n'est pas ce que revendique l'étude, dont selon ma compréhension l'innovation majeure consiste à coupler analogique et numérique de façon astucieuse pour bénéficier de la précision (et de la reproductibilité) des techniques numériques et en même temps de l'efficacité de traitement de l'électronique analogique.
Comme l'a rappelé abgech l'implémentation des équations différentielles se fait par pur câblage, sans opération spécifique, des lors qu'il s'agit de combiner sommations pondérées et intégrations dans le temps.

Et comme l'intégration se fait en numérique uniquement de façon approchée et avec force calculs, malgré toutes les avancées du numérique (bilan énergétique, fréquence d'utilisation) utiliser une sorte de coprocesseur analogique pour faire les opérations "à coût 0" me semble pertinent pour accélérer le traitement et améliorer le bilan énergétique.

Ceci étant, l'analogique a trois handicaps majeurs: le câblage statique (dédié à une forme de calcul), la dynamique limitée et le risque de dérive. Je crois comprendre que cela fait partie des missions des circuits numériques.

Je me permets par ailleurs de considérer que les calculateurs quantiques sont une forme de calculateur analogique. Tandis que les tensions et courants d'un circuit "s'auto-démerdent" dans un circuit analogique pour atteindre l'état "solution" la combinaison de qbits "flottants" atteint (moyennant précautions) des valeurs de bits précis donnant le résultat.

[Artemus24]

Ce n'est pas ce que revendique l'étude

Non, mais c'est ma question. Et si je me la pose, c'est que je ne comprends pas pourquoi ce retour en arrière, si c'est le cas.
Ou alors, l'analogie va se cantonner dans une niche particulière où le numérique ne peut pas résoudre sans un coût supérieur en énergie et en temps.

selon ma compréhension l'innovation majeure consiste à coupler analogique et numérique de façon astucieuse pour bénéficier de la précision (et de la reproductibilité) des techniques numériques et en même temps de l'efficacité de traitement de l'électronique analogique.

Il s'agit d'une puce analogique (c'est dit dans le texte) et pas d'une puce numérique. Il faudrait expliquer en quoi est-ce mieux de procéder ainsi ?

Comme l'a rappelé abgech l'implémentation des équations différentielles se fait par pur câblage, sans opération spécifique, des lors qu'il s'agit de combiner sommations pondérées et intégrations dans le temps.

Ma question est pourtant simple. Si cela fonctionnait si bien que cela en analogie, pourquoi passer au numérique ?
Et là, on constate que le numérique est lent et couteux en énergie. D'où mon incompréhension !
Non, non, ce n'est pas de la polémique, je ne comprends tout simplement pas l'avantage de cette approche, hormis l'aspect énergie et gain de temps.

Ceci étant, l'analogique a trois handicaps majeurs: le câblage statique (dédié à une forme de calcul), la dynamique limitée et le risque de dérive. Je crois comprendre que cela fait partie des missions des circuits numériques.

Ne peut on pas dire la même chose du numérique ?
A partir du moment où le circuit est figé, on n'a plus aucune liberté pour faire quoi que ce soit d'autre, que ce qui a été prévu de faire.

[_toma_]

Voilà une vidéo de 2023 où la chaîne Veritasium présente les calculateurs analogiques.
Il s'agit effectivement d'un renouveau d'une technologie mise au placard.

L'informatique analogique est une technologie qui peut être aussi intéressante que nos processeurs logiques, chacun ayant ses domaines d'application privilégiés.
L'informatique logique a l'avantage d'être polyvalente, puisque programmable à volonté. Même si ça a parfois un coût, tout peut être numérisé et traité. Le centres de données et de calculs actuels en sont un parfait exemple.
L'informatique analogique, si elle est moins adaptable est par contre parfaite pour réaliser des simulations physique ou réaliser certains calculs à un prix défiant toute concurrence.
Il est infiniment plus simple par exemple de calculer une dérivée, une intégrale ou de résoudre une équation différentielle avec un montage analogique.
D'un côté, on a une techno qui va résoudre ce genre de problème en effectuant des additions successives (puisque c'est la seule chose qu'on sait réellement faire avec de l’électronique logique) à une vitesse inimaginable et donc en consommant pas mal d'électricité.
De l'autre côté, on a un circuit dont la physique a été pensée pour, par essence, fournir un résultat à lecture directe.

J'y connais pas grand chose en algo IA et je suis loin d'être un mathématicien : reste à voir si ce type de processeur aura vraiment un impact dans l'entraînement des modèles IA.
Ils semblent combiner un processeur numérique et un processeurs analogique : le meilleur des deux mondes !
Une belle annonce mais rien de vraiment nouveau sous le soleil : une entreprise américaine commercialisant des produits similaires est présentée en fin de cette vidéo.

[Axel Mattauch]

Il s'agit d'une puce analogique (c'est dit dans le texte) et pas d'une puce numérique. Il faudrait expliquer en quoi est-ce mieux de procéder ainsi ?

Ma question est pourtant simple. Si cela fonctionnait si bien que cela en analogie, pourquoi passer au numérique ?

Il est vrai que la puce en tant que telle est purement analogique. La puce fait des opérations matricielles, ce qui se réduit pour l'essentiel à sommer des tensions électriques et est par conséquent très efficace; le processus est toutefois dans un algo itératif dans lequel intervient le MCU, le processus est donc hybride (voir p.e. la planche 2 de l'article cité).

Pour ne pas répondre à ta question, car c'est une bonne question, je me permets de reformuler.
Le calcul analogique a été délaissé au profit du numérique, pour de bonnes raisons.
"Que justifie ce retour en arrière" est une mauvaise question. Il ne s'agit pas d'un retour mais d'une approche pragmatique visant à bénéficier de la simplicité "de principe" des multiplications matricielles (et de l'inversion de matrices) en analogique en dépit des limitations intrinsèques de l'analogique. Un coproc spécialisé en quelque sorte, comme l'est un GPU.

Je reprends: pour ne pas répondre à la question je n'ai aucune idée de ce qui sera le mieux ni des chemins que prendra le marché. Les évolutions du numérique (rapidité, performances énergétiques) conduiront peut-être à laisser tomber les approches alternatives hybrides. Peut-être que ce ne sera pas le cas.

Quoi qu'il en soit je maintiens que l'approche est intéressante.

[Artemus24]

Merci à _toma_ et à Axel Mattauch pour vos explications.

Ainsi le processeur analogique sera spécialisé dans une tâche à l'instar du coprocesseur arithmétique et logique pour en quelque sorte faire des traitements spécifiques et accélérer les calculs.

[JML19]

Bonjour

Un fin de compte, en numérique on utilise le transistor en commutation, mais son utilisation réelle est analogique.

[Escapetiger]

Un nouvel article passionnant, remarquable et remarquablement traduit et enrichi par l'équipe éditoriale de developpez, cette-fois-ci par Anthony :

Résoudre le « problème centenaire » de l'informatique analogique

Bien que l'informatique analogique ait une longue histoire, remontant à plus de 2 000 ans avec des dispositifs tels que le mécanisme d'Anticythère, son adoption généralisée a été entravée par des problèmes de précision et de praticité. Les systèmes numériques, avec leurs états binaires stables, ont toujours offert un meilleur contrôle et une plus grande précision...

Le Mécanisme d'Anticythère (French - Français, 2D) (durée ~ 8 min) *

Anticythère

25 juin 2011

Un hommage rendu au Mécanisme d'Anticythère par la manufacture horlogère Suisse Hublot et le réalisateur Philippe Nicolet. Le Mécanisme est universellement connu en tant que le "premier calculateur analogique de l'humanité".

Les fragments du Mécanisme furent découverts en 1901 par des pêcheurs d'éponges, près de l'île d'Anticythère. Depuis, il est conservé au Musée National Archéologique d'Athènes. Pendant plus d'un siècle, des chercheurs ont essayé de comprendre sa fonction. Depuis 2005, une équipe de recherche pluridisciplinaire, le "Antikythera Mechanism Research Project", étudie le Mécanisme avec des données recueillies par des instruments à la pointe de la technologie.

Les premiers résultats de cette recherche ont permis la construction de plusieurs modèles. Parmi ceux-ci, le mouvement unique d'une montre, conçu par Hublot en tant qu'hommage au Mécanisme; ce mouvement intègre les fonctions de ce mystérieux et fascinant mécanisme antique.

...

https://www.youtube.com/@antikythera2012

Description:

Chaîne officielle de l'expédition de plongée archéologique "Retour à Anticythère". Vidéos sur la machine d'Anticythère, le naufrage et le trésor, faisant partie de l'exposition du Musée National Archèologique d'Athènes, de l'espace Anticythère du Musée des Arts et Métiers à Paris, ainsi que des expositions itinérantes.

Wikipedia

• Machine d'Anticythère *
• Philippe Nicolet

Bon voyage,

* [Edit]

sa fonctionne avec une manivelle ?

Tu ne crois pas si bien dire, oui dans ce mécanisme antique avec une précision incroyable pour l'époque, qui défie l'horlogerie suisse jusqu'à nos jours.

Voir ci-dessous l'hommage de Mathias Buttet, directeur Recherche et Développement chez Hublot, dans le magazine Nec Plus Ultra de Marie-Ange Horlaville sur TV5MONDE:

Hommage au mécanisme d'Anticythère - Nec plus Ultra

16 déc. 2014
♦ Abonnez-vous pour retrouver toutes les vidéos Nec Plus Ultra : http://bit.ly/NecPlusUltra
Sujet sur le complexe mécanisme d’Anticythère de la manufacture Hublot suivi de l'interview complète de Mathias Buttet, Directeur Recherche et Développement.
video about the complex mechanism Antikythera of the brand and the full interview of Mathias Buttet, Director Research and Development.
www.hublot.com

♦ Nec Plus Ultra, le magazine de l'art de vivre présenté par Marie-Ange Horlaville sur TV5MONDE

♦ Nec Plus Ultra sur Facebook : / tv5mondenecplusultra