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摩尔定律遇极限内存墙下，模拟计算或|成人|工智能创新关键,抖音seo深圳公司

栏目：网络推广发布时间：2025-04-05

我们生活在一个以数字处理为主的世界，这个世界是模拟的。然而，摩尔定律开始走到极限，同时内存墙也存在。传统的数字处理器难以用足够低的功耗和足够的内存资源来提供 ... 摩尔定律遇极限内存墙下，模拟计算或|成人|工智能创新关键

我们生活在一个以数字处理为主的世界，这个世界是模拟的。然而，摩尔定律开始走到极限，同时内存墙也存在。传统的数字处理器难以用足够低的功耗和足够的内存资源来提供必要的性能，尤其是对于在边缘运行的大型模型。现在人工智能和深度学习的应用在各个领域逐渐得到应用，对于更好性能、更大深度神经网络（DNN）模型容量以及更低功耗的需求变得愈发重要。在这种时代发展以及需求的背景之下，模拟计算开始走向历史舞台。模拟计算或许会成为人工智能创新的关键。

什么是模拟计算？

首先要知道，模拟计算并非新事物，它出现在电子电路之前。一提到计算，本能想到的相关概念与“数字”相关。如今，大多数计算机和计算功能是通过通用数字逻辑、专用算术逻辑单元 (ALU) 或专用计算引擎来实现的。然而在 20 世纪上半叶，在数字处理和计算机普及之前，都是依靠模拟计算机进行计算的。

IC Tips 有报道称，古老的计算尺是一种模拟计算机。如下图所示，它能够用于乘法运算，能够用于除法运算，能够用于对数运算，能够用于求根运算，甚至能够用于复杂的微分方程等运算。模拟计算只能精确到两三个或四个重要数字。它曾是工程师、科学家等的有效工具。点火表、行星和卫星轨道、核武器和能源工作、潮汐表等都是用模拟计算机设置和解决的。1969 年阿姆斯特朗成功登月也有模拟计算机的参与。

早期的计算尺：模拟计算机（图源：国际计算尺博物馆）

早期的模拟计算机包含很多机械装置，其中有旋转的轮子和齿轮。如下图所示，这台机械模拟计算机是用于预测潮汐的。它被称作“Old Brass ”，或者更正式的叫法是“2 号潮汐预测机”。从 1912 年起，它就为美国海岸和大地测量局计算潮汐表。

用于预测潮汐的机械模拟计算机（图源：NAOO）

1940 年代时，电子模拟计算机开始获得广泛发展。这种计算机包含着数百或数千个真空管。据 IEEE 报道，电子模拟计算机的编程是通过接线板手动连接各个组件之间的连接来实现的。它们是复杂且古怪的机器，需要经过专门培训的人员才能够理解和运行它们。1965年左右，这种电子模拟计算机将机械模拟计算机淘汰。

美国宇航局的阿波罗计划使用了电子模拟计算机。

从上图的机械预测机以及电子模拟计算机里，我们能够看出，这些模拟计算机在设计、建造、操作以及维护方面都极为困难。到了 1960 年代，数字计算机开始迅速发展，原因在于它们能够直接进行编程，能够进行算法操作，并且易于存储，还具有高精度等诸多优点。自此之后，电子模拟计算机被数字计算机所取代。随着 MOS 晶体管的不断发展，世界计算的潮流完全转向了数字计算机。在计算领域，数字技术一直占据主导地位，并且这种情况一直持续到今天。然而，上述这些模拟计算机依然被珍藏在博物馆里，以供后人观摩，同时也让世人记住这些伟大的发明创新。

清华大学电子工程系的乔飞副研究员，在低功耗集成电路设计领域有近 20 年的基础理论研究和关键芯片设计技术积累。乔飞在面向智能感知的新型高能效信号处理架构方面也有近 20 年的相关积累。同时，乔飞在集成智能感知电路系统领域同样有近 20 年的基础理论研究和关键芯片设计技术积累。笔者被告知，模拟计算机被数字计算机取代，主要有以下几点原因：其一，早期的模拟计算机在工艺和器件方面不太稳定；其二，模拟计算采用的是连续信号，容易受到噪声干扰；这两点导致了模拟计算存在精度不足的问题。另外，模拟计算有很大一部分是存储器，但却难以实现高效率的存储，这也是制约其技术演进的一个原因。

模拟计算因应时代发展和本身优势，再登历史舞台

现在摩尔定律逐渐接近极限，在由数十亿晶体管组成的芯片上，数字计算所导致的热量和功耗是很大的。进入后摩尔时代，仅仅依靠工艺的演进而获得的效率提升，已经逐渐无法满足系统的需求。在架构方面进行创新，已经成为一件必须要做的事情，尤其是针对特定领域的计算架构创新。因此，模拟计算开始再次被业界所研究。

为何现在模拟计算被再次提起呢？乔飞认为，现在工艺逐渐稳定可靠，能够支撑一定精度模拟计算的实现。同时，一些算法、电路以及版图上降低外部干扰的技术也起到了作用。另外，尽管模拟计算不太擅长做存储，但通过在架构上进行革新并与数字存储融合，就可以实现存储能力的提升。更重要的一点在于应用需求的驱动。如今，像电池供电的小型化设备的边缘计算，对低功耗的数量有着越来越多的诉求，对低功耗的质量也有着越来越强烈的诉求。

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