Moderne Rechnerarchitekturen Chinas Konzerne, Investoren und Startups entdecken In-Memory-Computing

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Stromsparendes Processing-in-Memory, kurz PIM, rückt im Reich der Mitte in den Fokus der Halbleiterindustrie. Wächst hier der neuste Hoffnungsträger der chinesischen Digitalwirtschaft heran?

Jeweils im Januar veröffentlicht der konzerneigene Think Tank des chinesischen Internet-Konzerns Alibaba, die Alibaba Damo Academy, die heißesten Technologie-Trends in der chinesischen Halbleiterindustrie des neuen Jahres. Dieses Mal ganz vorne dabei: PIM-Computing. PIM steht für „Processing in Memory“ – also das Verarbeiten und Speichern von Daten auf ein- und demselben Chip. Die Idee ist nicht neu, wird auch „In-Memory-Computing“ genannt. Letztlich geht es darum, die Speicherschnittstelle der heute weit verbreiteten Von-Neumann-Computerarchitektur zu umgehen, da sie ein Bremsanker für viele Berechnungen ist.

PIM werde 2023 einen „positiven Einfluß“ auf eine Reihe von Industrien haben, darunter Cloud Computing, Künstliche Intelligenz und das Internet of Things (IoT), schreiben die Alibaba-Vordenker in ihrer jährlichen Tech-Vorschau. „Das wird die traditionelle, Computing-zentrische Architektur in Richtung einer daten-zentrischen Architektur verschieben“, schreibt die Alibaba Damo Academy in ihrer jüngsten, in der chinesischen Elektronikindustrie einflussreichen Jahresprognose. „Computer-zentrische Architekturen“ mit getrennten Speicher- und Prozessor-Einheiten seien hingegen die Verlierer des Jahres.

PIM oder IMC: Mit wenig Energie schnell parallel rechnen

Weltweit arbeiten viele Unternehmen und Forschungsinstitute seit Jahren an PIM-Architekturen oder In-Memory-Computing-Chips (IMC-Chips). Dazu zählen Großkonzerne wie IBM, Microsoft, Intel oder Samsung und Renesas ebenso wie eine wachsende Schar von Startups – dies seit kurzem auch vermehrt in der Volksrepublik China.

Am 6. Januar dieses Jahres hat das chinesische Startup Witmem, das 2017 mit einem klaren Fokus auf IMC-Chips gegründet worden ist, erfolgreich eine B-Finanzierungsrunde über 200 Millionen Yuan (gut 27 Millionen Euro) abgeschlossen, berichtet das Fachportal EET China.

Autonomes Fahren, Cloud Computing, Künstliche Intelligenz

Das Startup profitiere davon, dass „In-memory computing” in China derzeit bei Investoren zu einem ganz heißen Trend geworden sei, heißt es in dem Bericht. Durch die schnelle Adaption von neuen Technologien wie dem Autonomen Fahren, Cloud Computing oder KI in der Volksrepublik wachse hier die Nachfrage nach schnelleren Chip-Architekturen auch besonders schnell, schreibt EET China.

In der Tat steckt dahinter derselbe Grund, aus dem PIM und IMC weltweit als neue Hoffnungsträger der Halbleiter-Industrie gelten. Während herkömmliche Chips auf Siliziumbasis immer näher an die Grenzen des Moore´schen Gesetzes vorstoßen, wächst durch Big Data, Deep Learning und andere Trends gleichzeitig der Bedarf nach immer schnelleren und gleichzeitig energiesparenden Rechenlösungen.

Neuromorphes Computing

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Serienproduktion von IMC-Chip bereits angelaufen

Genau dieses Paradox versuchen nun auch chinesische Startups wie Witmem zu lösen. Das Unternehmen hat im vergangenen Jahr mit der Serienproduktion seines „WTM2101“-SOC-Chips begonnen. Dieser Chip mit einer 1,8 MHz IMC-Einheit nutzt das herkömmliche Speichermedium Flash, erreicht damit ganz ohne externen Prozessor eine Rechenleistung von 50 GOPS (Giga-Operations per Second). Nach Angaben seines Herstellers kann er komplexe Algorithmen mit einer Leistungsaufnahme von nur 1 mA oder weniger verarbeiten.

Es ist genau diese Kombination aus schneller Rechenleistung – weil in der PIM-Architektur der Umweg über den Arbeitsspeicher des Prozessors entfällt – und geringem Energieverbrauch, der solche Chips zu Hoffnungsträgern für KI-Anwendungen macht.

China: Fruchtbarer Boden für KI-Startups

In China stößt die Transformation zu KI-Anwendungen allerdings auf besonders fruchtbaren Boden. So hat das Land inzwischen den weltweit größten Markt für Industrie-Roboter. Chinas Markt für KI-Chips hat 2021 parallel zu solchen Trends eine Größe von 40 Milliarden Yuan (rund 5,4 Milliarden Euro) erreicht, soll Prognosen zufolge in den kommenden fünf Jahren jährlich um 40 Prozent wachsen (CAGR).

Embedded-KI mit 8,8 TOPS/W dank neuer Processing-in-Memory-Architektur

Kein Wunder also, dass Cloud-Anbieter wie Alibaba, Investoren wie „China Fortune-Tech Capital, der Investment-Arm unter Führung des chinesischen Chipherstellers SMIC) und Startup-Gründer in China sich jetzt immer mehr für PIM interessieren.

Mit modernen IMC-Architekturen gegen den Klimawandel

Ein weiteres chinesisches Startup, das dem „Von-Neumann-Flaschenhals“ den Krieg erklärt hat und mit innovativen IMC-Architekturen in neue Sphären der Verarbeitungsgeschwindigkeit vorstoßen will, ist das erst 2020 gegründete Unternehmen Yizhu Tech.

Sein Gründer und CEO Xiong Dapeng sieht sich auch durch Chinas ehrgeizige Klimaziele angespornt. Während die kommunistische Führung in Peking gleichzeitig die Digitalisierung vieler Industrien in der Volksrepublik massiv fördert, setzen ihre Planziele für die Dekarbonisierung der heimischen Industrie auch Rechenzentren und Cloud-Anbieter massiv unter Druck, sagt der Gründer. Denn riesige Rechenzentren verschlingen Unmengen an Energie.

Dies sei einer der Gründe, warum nun auch in China die große Stunde von PIM-Architekturen schlage, denn nur so ließen sich die zwei entgegen gesetzten Trends konstruktiv vereinen, schrieb kürzlich die China Daily in einem Bericht über Yizhu Tech. (me)

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