用模拟计算回到未来

Octavo系统工程副总裁Gene Frantz解释：这有两个重要的原因。

“首先，IC技术在过去50年里取得了进步，使得许多原本不可能或不切实际的事情现在变得非常可行，” “其次，我们发现了一些值得解决的新问题，这些问题的数字解决方案并不足以解决——具体来说，这就需要更高的性能，同时还要显著降低功耗。”

随着摩尔定律接近尾声，越来越多的应用领域将感受到对低功耗和高性能的需求。从神经网络工作负载的混合信号处理(MSSP)到使用微分方程的动态系统仿真，它已经引起了人们对模拟计算的新兴趣。

回到物理模拟的基础

为了说明模拟计算最基本的优点，考虑处理由一组微分方程描述的模拟信号。由于连续时间在数字计算范式中是不存在的，数字计算机必须对每个时钟周期的输入进行采样，以生成采样信号。这可能会导致大量的计算，这会带来更高的延迟、更大的功耗等连锁效应。

比较一下模拟计算机的大规模并行性。模拟计算电路可以配置为基本单元(加法器/减法器、乘法器、积分器、扇出器、非线性函数等)来求解所讨论的微分方程，然后连续采样整个输入信号(图1)，而不是将输入分解成连续的任务。

模拟计算机包含积分器、乘法器、函数发生器和其他电路块。连续时间电路形成能够产生任意函数的块。

模拟计算芯片执行微分方程的速度比数字计算芯片快得多，功耗也低得多。虽然模拟计算机的缺点是必须根据你要解的方程的大小来线性地扩展系统，但是它们的并行性意味着它们的能力和性能也会得到扩展。

我们用有限的基准支持这些说法。图2比较了Sendyne的Apollo IC和25 MHz的Texas Instruments MSP430 MCU上求解Van der Pol方程的功耗和时间。

Apollo模拟计算IC与德州仪器MSP430单片机执行范德堡尔方程时的功耗与延时比较

Sendyne Apollo集成电路是一种基于CMOS技术制造的4x4mm2通用模拟计算机。该芯片最初由哥伦比亚大学的一组研究人员开发，包含16个模拟积分器，使用1v电路产生输出，仅消耗微焦耳的能量。此外，它还包含专门的ADC，以最小化转换成本。

Sendyne的首席执行官John Milios介绍:“如果你处理的是模拟信号，可以跳过从模拟到数字再回到模拟的步骤，这显然是优势所在。”有一些特殊的adc基本上不做任何转换或消耗任何能量，除非输入信号发生变化，所以你不会有任何重大的能量损失。”

他补充道:“如果你考虑那些需要大量的并行操作以及需要执行数百万次的复杂问题，你就会看到一个非常显著的好处。”