Chip de IA especializado em 'nanotubo de carbono' construído por cientistas chineses é o primeiro do gênero e '1.700 vezes mais eficiente' que o do Google
Cientistas em China construíram um novo tipo de unidade de processamento tensorial (TPU) — um tipo especial de chip de computador — usando nanotubos de carbono em vez de um semicondutor de silício tradicional. Eles dizem que o novo chip pode abrir a porta para uma eficiência energética mais alta inteligência artificial (IA).
Os modelos de IA são extremamente intensivos em dados e exigem quantidades massivas de poder computacional para serem executados. Isso representa um obstáculo significativo para o treinamento e a ampliação de modelos de aprendizado de máquina, particularmente à medida que a demanda por aplicativos de IA cresce. É por isso que os cientistas estão trabalhando na criação de novos componentes — de processadores a memória de computação — que são projetados para consumir ordens de magnitude menos energia enquanto executam os cálculos necessários.
Cientistas do Google criaram o TPU em 2015 para abordar esse desafio. Esses chips especializados atuam como aceleradores de hardware dedicados para operações de tensor — cálculos matemáticos complexos usados para treinar e executar modelos de IA. Ao descarregar essas tarefas da unidade central de processamento (CPU) e da unidade de processamento gráfico (GPU), as TPUs permitem que os modelos de IA sejam treinados de forma mais rápida e eficiente.
Ao contrário dos TPUs convencionais, no entanto, este novo chip é o primeiro a usar nanotubos de carbono — estruturas minúsculas e cilíndricas feitas de átomos de carbono dispostos em um padrão hexagonal — no lugar de materiais semicondutores tradicionais como o silício. Esta estrutura permite que elétrons (partículas carregadas) fluam através deles com resistência mínima, tornando os nanotubos de carbono excelentes condutores de eletricidade. Os cientistas publicaram sua pesquisa em 22 de julho no periódico Eletrônica da Natureza.
De acordo com os cientistas, seu TPU consome apenas 295 microwatts (μW) de energia (onde 1 W é 1.000.000 μW) e pode fornecer 1 trilhão de operações por watt — uma unidade de eficiência energética. Em comparação, TPU Edge do Google pode executar 4 trilhões de operações por segundo (TOPS) usando 2 W de potência. Isso torna o TPU de carbono da China quase 1.700 vezes mais eficiente em termos de energia.
“Do ChatGPT ao Sora, a inteligência artificial está inaugurando uma nova revolução, mas a tecnologia tradicional de semicondutores baseada em silício está cada vez mais incapaz de atender às necessidades de processamento de grandes quantidades de dados”, Zhi Yong Zhangcoautor do artigo e professor de eletrônica na Universidade de Pequim, disse TechXplore“Encontramos uma solução para esse desafio global.”
O novo TPU é composto por 3.000 transistores de nanotubos de carbono e é construído com uma arquitetura de matriz sistólica — uma rede de processadores organizados em um padrão semelhante a uma grade.
Matrizes sistólicas passam dados por cada processador em uma sequência sincronizada, passo a passo, semelhante a itens se movendo ao longo de uma correia transportadora. Isso permite que a TPU execute vários cálculos simultaneamente, coordenando o fluxo de dados e garantindo que cada processador trabalhe em uma pequena parte da tarefa ao mesmo tempo.
Esse processamento paralelo permite que os cálculos sejam realizados muito mais rapidamente, o que é crucial para modelos de IA que processam grandes quantidades de dados. Ele também reduz a frequência com que a memória — especificamente um tipo chamado memória estática de acesso aleatório (SRAM) — precisa ler e gravar dados, disse Zhang. Ao minimizar essas operações, a nova TPU pode realizar cálculos mais rapidamente, usando muito menos energia.
Para testar seu novo chip, os cientistas construíram uma rede neural de cinco camadas — uma coleção de algoritmos de aprendizado de máquina projetados para imitar a estrutura do cérebro humano — e a usaram para tarefas de reconhecimento de imagem.
O TPU atingiu uma taxa de precisão de 88%, mantendo o consumo de energia de apenas 295 μW. No futuro, uma tecnologia semelhante baseada em nanotubos de carbono pode fornecer uma alternativa mais eficiente em termos de energia aos chips baseados em silício, disseram os pesquisadores.
Os cientistas planejam continuar refinando o chip para melhorar seu desempenho e torná-lo mais escalável, disseram eles, inclusive explorando como o TPU poderia ser integrado em CPUs de silício.
