Ogni giorno generiamo, elaboriamo e utilizziamo una quantità enorme di dati. Cercare una parola chiave su internet, scegliere un film per il fine settimana o prenotare la nostra prossima vacanza sono solo alcune semplici azioni che si basano su algoritmi ad alta intensità di dati nel cloud, tra cui algoritmi di ricerca, algoritmi di raccomandazione e algoritmi di ranking che determinano il posizionamento delle pagine. Il consumo energetico richiesto da queste operazioni di calcolo è elevato: è stato recentemente stimato che l’addestramento di una rete neurale relativamente grande produce la stessa anidride carbonica di 5 automobili nel loro intero ciclo di vita. Si stima che i data center utilizzino ogni anno 200 terawattora, pari all'1% della domanda globale. Di fronte allo spettro di un futuro di scarsità energia, è essenziale identificare nuovi modelli di calcolo, nuovi algoritmi e nuove soluzioni hardware per ottimizzare il processo di elaborazione.
Ricerche preliminari hanno dimostrato che i requisiti energetici delle operazioni di calcolo possono essere ridotti grazie al closed-loop in-memory computing (CL-IMC), in grado di risolvere problemi di algebra lineare in una sola fase di calcolo. Nel CL-IMC, il tempo necessario a risolvere un determinato problema non aumenta con la dimensione del problema, a differenza di quanto accade in altri modelli di calcolo, tra cui i computer digitali e quantistici. Grazie all’indipendenza del tempo di calcolo dalle dimensioni, che si aggira intorno ai 100 ns, il CL-IMC richiede 5.000 volte meno energia rispetto ai computer digitali di livello più avanzato a parità di precisione. Questi risultati preliminari dimostrano che il CL-IMC è un modello di calcolo particolarmente promettente per ridurre il consumo energetico dell’elaborazione dei dati.
Finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca e coordinato dal Prof. Daniele Ielmini del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano, il progetto ANIMATE – ANalogue In-Memory computing with Advanced device Technology svilupperà la tecnologia dei dispositivi, le topologie dei circuiti, le architetture a livello di sistema e il portafoglio di applicazioni per convalidare pienamente il modello del CL-IMC. Verrà sviluppata una nuova tecnologia di memoria immune agli effetti di resistenza dei cavi. I circuiti integrati CL-IMC saranno progettati con tecnologia CMOS standard. L’architettura a livello di sistema e l’esplorazione delle applicazioni supporteranno ulteriormente la scalabilità e la fattibilità del modello, dimostrando che il CL-IMC è un player primario tra le tecnologie di elaborazione dei dati a elevata efficienza energetica.
