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Esta semana, el IEEE organiza su Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido (ISSCC) de 2024. Entre los muchos artículos de investigación publicados para la conferencia, se destacó el artículo de MediaTek titulado «NVE: A 3nm 23.2TOPS/W 12b-Digital-CIM-Based Neural Engine for High-Resolution Visual-Quality Enhancement on Smart Devices».
MediaTek dice que su NVE podría extender la duración de la batería y permitir un procesamiento de IA más complejo en el dispositivo.
El artículo describe un nuevo motor de mejora visual neuronal (NVE) fabricado con tecnología FinFET de 3 nm que se dice que ofrece eficiencia energética y de espacio líder en la industria.
Innovaciones arquitectónicas en NVE de MediaTek
En el corazón del nuevo NVE de MediaTek se encuentran una serie de innovaciones arquitectónicas que ayudan a aumentar el rendimiento y la eficiencia energética.
Una de estas innovaciones es el núcleo de Computación Digital en Memoria (DCIM) de 18 filas, que cuenta con un mecanismo de control de interruptor de cuatro ciclos. Este núcleo es crucial por varias razones. Tradicionalmente, la inferencia de redes neuronales de alta resolución, necesaria para tareas como la superresolución (SR) y la reducción de ruido (NR), ha sido un asunto que consume mucha energía debido a la complejidad computacional, la baja escasez y los requisitos de alta precisión.
El uso de una estructura de 18 filas para almacenar peso prácticamente elimina la necesidad de recargar frecuentemente las pesas, lo que supone un consumo de energía significativo. Esta elección de diseño no sólo reduce el consumo de energía, sino que también reduce el uso del área, mejorando la eficiencia general del motor neuronal.
Grabación y resumen de chips.
El control por interruptor de cuatro tiempos es otro componente central de la eficiencia de NVE. El cambio de peso, un proceso inherente a los cálculos neuronales, normalmente requiere un gasto energético significativo. MediaTek amplía el ciclo de cambio de fila, reduciendo el consumo de energía sin aumentar la cantidad de espacio requerido. Este delicado equilibrio entre rendimiento y eficiencia del espacio es un sello distintivo de la filosofía de diseño del NVE.
Optimización del núcleo DCIM.
El sistema también introduce control de datos adaptativo y optimización de franjas. Estos mecanismos están destinados a optimizar el núcleo DCIM, particularmente cuando se manejan convoluciones de paso y transposición, operaciones que son fundamentales para muchos modelos de redes neuronales, incluidas las U-Nets.
Control de datos adaptativo para Stride2 Conv.
El mecanismo de control de datos adaptativo gestiona de forma inteligente el recorrido de los datos, garantizando que solo se procesen los píxeles relevantes para las convoluciones por pasos y empaqueta de manera efectiva los canales de entrada para las convoluciones transpuestas. Esta optimización aumenta la utilización y minimiza el tiempo de inactividad del núcleo DCIM, mejorando la eficiencia general.
La optimización de franjas funciona con el mecanismo de control de datos adaptativo para refinar aún más el procesamiento de datos. Al ajustar dinámicamente los tamaños de las franjas de datos y utilizar un compilador que optimiza la programación y la asignación de memoria, esta característica reduce significativamente la necesidad de acceso a la memoria externa. El resultado es una reducción significativa en el uso de DRAM, lo que contribuye aún más a la eficiencia energética del NVE.
La NVE muestra una alta potencia informática
Desde una perspectiva informática pura, NVE de MediaTek logra un rendimiento máximo de 16,5 TOPS y una frecuencia operativa máxima de 1.300 MHz. Sin embargo, el área y la eficiencia energética del sistema son más importantes.
MediaTek informa que su NVE supera a la competencia tanto en eficiencia energética como en eficiencia de área.
Con un tamaño de solo 1328 mm x 1032 mm, el NVE ofrece 1073 KB de memoria en chip y 6336 KB en MAC de 12b x 12b, lo que en última instancia cuenta con una eficiencia de área de 12,0 TOPS/mm2. Esto representa una mejora de 4,51 veces con respecto a la tecnología anterior.
Al mismo tiempo, la eficiencia energética del dispositivo alcanza 23,2 TOPS/W cuando procesa vídeos 4K a 30 fps y 16,3 TOPS/W cuando procesa vídeos 4K a 60 fps. Esto representa una mejora de 7,84 veces con respecto a la tecnología anterior.
Las implicaciones prácticas de NVE de MediaTek
NVE de MediaTek es un avance importante para los dispositivos inteligentes con su excepcional eficiencia energética y de área. El salto en el rendimiento da como resultado una mayor duración de la batería y un procesamiento de IA en el dispositivo más complejo, lo que permite mejorar el video de alta resolución en tiempo real para aplicaciones como fotografía móvil, transmisión de video y realidad virtual. En última instancia, esto permite a los fabricantes ofrecer funciones avanzadas sin comprometer el tamaño del dispositivo o los requisitos de batería, lo que potencialmente transforma la experiencia del usuario con gráficos más ricos y claros y allana el camino para aplicaciones más inmersivas y receptivas en la electrónica de consumo. El artículo también demuestra que todavía hay margen de mejora en la informática de punta, incluso en el nodo de 3 nm.
Todas las imágenes técnicas utilizadas son cortesía de MediaTek e ISSCC.
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