Un'idea 'rivoluzionaria' dal Politecnico di Milano: il calcolo non passa più dal processore

Un nuovo approccio al calcolo ad alte prestazioni potrebbe contribuire in modo significativo alla riduzione dei consumi energetici nei sistemi di elaborazione avanzata. Un gruppo di ricerca del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria (DEIB) del Politecnico di Milano ha infatti sviluppato un chip sperimentale basato sul paradigma del calcolo analogico in-memoria, presentato in uno studio pubblicato su Nature Electronics.

Alla base del progetto vi è il concetto di Closed-Loop In-Memory Computing (CL-IMC), una tecnica che mira a superare uno dei principali colli di bottiglia dell'architettura di von Neumann: il continuo trasferimento di dati tra unità di calcolo e memoria. Spostando l'elaborazione direttamente all'interno della memoria, il sistema riduce drasticamente latenza e consumo energetico, aprendo la strada a soluzioni più efficienti per carichi computazionali complessi.

Il chip, sviluppato nell'ambito del progetto europeo ANIMATE, è un acceleratore analogico completamente integrato, realizzato in tecnologia CMOS standard. È progettato per risolvere sistemi di equazioni lineari e non lineari, un'operazione alla base di numerosi algoritmi scientifici e applicazioni di intelligenza artificiale. L'architettura sfrutta due array di memorie resistive programmabili da 64x64 celle, organizzate in una struttura regolare che consente l'esecuzione del calcolo direttamente nei punti di memorizzazione dei dati.

Le celle di memoria utilizzate combinano elementi SRAM con resistori programmabili su più livelli, permettendo di rappresentare valori analogici all'interno di una tecnologia consolidata dal punto di vista industriale. L'elaborazione è supportata da circuiteria analogica integrata, tra cui amplificatori operazionali e convertitori analogico-digitali, che consentono di mantenere un buon livello di precisione pur operando fuori dal dominio puramente digitale.

A sinistra il docente Daniele Ielmini e coordinatore del team di ricerca, a destra il ricercatore Piergiulio Mannocci, entrambi del Deib

Durante le fasi di test, il prototipo ha mostrato un'accuratezza paragonabile a quella delle soluzioni digitali convenzionali, a fronte di una riduzione significativa dei consumi energetici, della latenza di calcolo e dell'area occupata sul silicio. Secondo i ricercatori, questi risultati indicano la possibilità di un'applicazione futura su scala industriale, in particolare in ambiti dove l'efficienza energetica è un fattore critico.

Le potenziali ricadute tecnologiche spaziano dall'intelligenza artificiale all'elaborazione di grandi volumi di dati, fino ai sistemi di comunicazione wireless avanzati. In prospettiva, il calcolo in-memoria analogico potrebbe trovare spazio in settori come datacenter, robotica, sistemi di navigazione e reti di telecomunicazione di nuova generazione, incluse le infrastrutture 5G e le future soluzioni 6G.