突破極限！雙重可擴充套件退火處理器同步提升容量與精準度

在排班排程、交通路線規劃、藥物開發等領域，組合最佳化問題（COPs）的求解一直是重大挑戰。傳統電腦往往難以在合理時間內解決這類問題，而專門設計的退火處理器（APs）因此備受矚目。

這項技術源自伊辛模型（Ising model），將變數轉化為磁旋、限制條件視為旋間互動作用。系統會自動尋找能量最低的旋轉狀態作為最佳解。現有模型可分為「稀疏耦合」與「完全耦合」兩類：前者雖具備高度擴充套件性，但需轉換問題格式；後者雖能直接對映各類問題，卻長期受限於旋轉數量與互動作用位元寬度。

東京理科大學電氣工程系川原隆之教授團隊最新研發的「雙重可擴充套件退火處理系統」（DSAPS）突破技術瓶頸，透過創新的∆E區塊架構，同步實現容量與精度的雙重擴充套件。這項發表於《IEEE Access》期刊的突破性研究，已於2024年國際微電子會議亮相。

DSAPS的關鍵在於採用兩種∆E區塊運算結構：傳統的高容量結構將∆E區塊細分為多個子區塊，透過控制區塊整合運算結果，實現旋轉數量的線性增長；新型高精度結構則讓多個∆E區塊以不同位元層級平行運算，經由位元位移組合後，互動作用位元寬度可達原始值的四倍。

川原教授強調：「DSAPS的革命性在於能用單一FPGA控制區塊同步管理多組相同LSI晶片，不僅適用各類伊辛模型，更為實際應用開創全新可能。」實驗中採用CMOS-AP板實現兩種配置：2,048旋轉/10位元/四執行緒與1,024旋轉/37位元/雙執行緒，精度表現遠超傳統ASIC晶片的4-8位元限制。

在MAX-CUT問題測試中，兩種配置均展現99%以上的準確率；但0-1揹包問題則凸顯精度選擇的重要性——10位元配置平均偏差達99%，37位元配置則僅0.73%，與CPU模擬結果相當接近。

這項技術將自2025年起納入該校大三必修實驗課程，川原教授表示：「過去十年我們持續推進完全耦合伊辛機的LSI實作研究，這套系統將成為解決現實複雜問題的關鍵工具，同時深化半導體設計人才培育。」

這項研究為可擴充套件、高精度完全耦合伊辛機的發展樹立重要里程碑，未來應用前景令人期待。

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