Processadores para inteligncia artificial ganham percepo do tempo

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 22/05/2024

Processadores de IA

Um novo processador, projetado desde o incio para rodar programas de inteligncia artificial, far tudo de modo mais eficiente, tanto em termos de energia quanto em velocidade de processamento, porque j nasce com uma capacidade intrnseca de lidar com o tempo.

Isso significa que as redes neurais artificiais podero processar diretamente informaes dependentes do tempo – e isso inclui coisas como arquivos de udio e vdeo.

O problema que as GPUs, os processadores grficos usados hoje, operam de maneira muito diferente das redes neurais artificiais que executam os algoritmos de IA – toda a rede e todas as suas interaes devem ser carregadas sequencialmente a partir da memria do computador, que fica separada e longe do processador, o que consome tempo e energia.

Para resolver este problema, a principal abordagem conhecida como computao na memria, que usa componentes eletrnicos especiais que, diferentemente dos transistores tradicionais, servem tanto para armazenar dados (memria) quanto para fazer clculos (processamento). Esses componentes so chamados memoristores, que oferecem economia de energia porque imitam aspectos-chave do modo como as redes neurais artificiais e biolgicas funcionam – sem memria externa.

Agora, Sangmin Yoo e colegas da Universidade de Michigan, nos EUA, criaram o primeiro memoristor com um “tempo de relaxamento” que pode ser ajustado, dando ao processador uma capacidade intrnseca para lidar com a dimenso temporal.

O tempo de relaxamento do componente pode ser configurado.
[Imagem: Sangmin Yoo et al. – 10.1038/s41928-024-01169-1]

Processador com relgio [quase] biolgico

Em uma rede neural biolgica, a marcao do tempo obtida por meio do relaxamento: Cada neurnio recebe sinais eltricos, mas necessrio alcanar um certo limiar mnimo dos sinais recebidos para que o neurnio os repasse adiante – e esse limiar deve ser alcanado em um determinado perodo de tempo. Se passar muito tempo, diz-se que o neurnio “relaxa”, medida que a energia bioeltrica “vaza” dele e o sinal se perde. Para que sejamos capazes de compreender sequncias de eventos em escalas diferentes, somos dotados de neurnios com diferentes tempos de relaxamento.

Os memoristores operam de modo um pouco diferente: Em vez da presena ou ausncia total de um sinal, o que muda o quanto do sinal eltrico que consegue atravessar o componente, o que determinado por sua resistncia eltrica, medida em ohms. Quando um sinal chega, ele reduz a resistncia do memoristor, permitindo que o sinal seguinte passe em maior intensidade. Assim, nos memoristores, o tempo de relaxamento significa que a resistncia passagem do sinal eltrico aumenta novamente com o tempo.

Agora, a equipe demonstrou que variaes no material usado para fabricar o componente podem resultar em diferentes tempos de relaxamento, permitindo que redes de memoristores imitem o mecanismo de cronometragem das redes biolgicas.

“Prevemos que nosso novo sistema de materiais poder melhorar a eficincia energtica dos chips de IA em seis vezes em relao ao material de ltima gerao, sem variar as constantes de tempo,” disse o professor Sieun Chae.

O prximo passo ser desenvolver uma tcnica para fabricao dos componentes em larga escala.
[Imagem: Sangmin Yoo et al. – 10.1038/s41928-024-01169-1]

Sentido do tempo para computadores

A equipe construiu os materiais do memoristor partindo de um supercondutor YBCO (trio, brio, carbono e oxignio), devido sua estrutura cristalina, que guiou a organizao dos xidos de magnsio, cobalto, nquel, cobre e zinco que compem o material de que feito o memoristor.

Alterando as propores desses xidos, a equipe alcanou constantes de tempo que variam de 159 a 278 nanossegundos. Eles ento construram uma rede simples de memristores para demonstrao, que aprendeu a reconhecer os sons dos nmeros de zero a nove; uma vez treinada, ela conseguia identificar cada nmero antes que a entrada de udio fosse concluda.

Esses primeiros prottipos de memristores com “relgio interno” foram feitos atravs de um processo que consome muita energia porque a equipe precisava de cristais perfeitos para medir com preciso suas propriedades, mas eles acreditam que um processo mais simples dever funcionar para a fabricao em escala industrial.

“At agora, uma viso, mas penso que existem caminhos para tornar estes materiais escalveis e acessveis. Esses materiais so abundantes na Terra, no so txicos, so baratos e voc quase pode aplic-los por spray,” disse o professor John Heron.

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