IBM apresenta processador analgico para inteligncia artificial

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 11/08/2023

Inteligncia artificial analgica

A IBM apresentou a mais recente verso do seu chip neuromrfico, um processador que faz clculos imitando o funcionamento das redes neurais cerebrais.

A grande diferena que o processador analgico, e no digital, e rene no mesmo chip as operaes de armazenamento (memria) e computao (clculos).

Tem havido um grande esforo – e vrios progressos – no desenvolvimento de hardwares especficos para a inteligncia artificial, mas algumas dessas arquiteturas ainda dividem fisicamente as unidades de memria e processamento, como nos computadores atuais. Isso retarda o processamento e gasta muita energia, porque os dados precisam ficar constantemente trafegando entre a memria e o processador.

O chip da IBM, por sua vez, pertence a uma classe conhecida como computao analgica na memria, ou simplesmente IA analgica, que imita o modo como as redes neurais funcionam nos crebros biolgicos.

Memria de mudana de fase

Embora a maioria das arquiteturas de computao na memria use memoristores, o novo chip se baseia nas memrias de mudana de fase, ou PCM (Phase-Change Memory), uma tecnologia na qual a empresa vem trabalhando h vrios anos – assim como a Intel e outras fabricantes de semicondutores.

Quando um pulso eltrico aplicado a esse material, sua condutncia se altera porque a eletricidade faz o material alternar entre as fases amorfa e cristalina: Um pulso eltrico mais fraco tornar a clula de memria mais cristalina, fornecendo menos resistncia, e um pulso eltrico mais forte tornar a clula de memria mais amorfa, resultando em mais resistncia. Com isto, em vez de registrar os 0s ou 1s tpicos dos sistemas digitais, um componente PCM registra seu estado como um contnuo de valores entre os estados amorfo e cristalino.

Esse valor de resistncia chamado de peso sinptico, que pode ser armazenado na configurao atmica fsica de cada PCM. A memria do tipo no-voltil, ento os pesos so retidos mesmo quando a fonte de alimentao desligada. Em nossos crebros, a fora das sinapses (que so os “pesos” neste caso) determinam a comunicao entre os neurnios. Para sistemas analgicos de IA, os pesos guardados nos valores de condutncia das clulas de memria so usados para realizar operaes de acumulao mltipla, a operao de computao dominante nas redes neurais profundas (DNN: Deep Neural Network), explorando leis de circuito e descartando a necessidade de enviar dados constantemente entre a memria e o processador.

Computao analgica bate computao digital

Para transformar esse conceito de IA analgica em realidade, dois desafios principais precisam ser superados: Essas matrizes de memria precisam ser capazes de computar com um nvel de preciso comparvel ao dos sistemas digitais atuais e elas precisam ser capazes de interagir perfeitamente com outras unidades de computao digital, o que inclui fazer uma comunicao digital dentro do prprio chip de IA analgico.

aqui que o novo prottipo apresentado pela IBM traz novidades: O chip d um passo significativo para enfrentar esses dois desafios ao incorporar um circuito misto de ltima gerao para executar uma variedade de tarefas de inferncia DNN. Os testes, envolvendo viso computacional, mostraram que o novo chip to eficiente quanto os equivalentes digitais nessa tarefa, ao mesmo tempo em que consideravelmente mais eficiente em termos de energia.

O chip composto por 64 ncleos (ou ladrilhos, como a IBM os chama) de computao analgica na memria, cada um contendo uma matriz de barras transversais de 256 por 256 clulas unitrias sinpticas. Conversores analgico-digitais compactos e baseados em tempo so integrados em cada ladrilho para fazer a transio entre os mundos analgico e digital. Cada ladrilho tambm integrado a unidades de processamento digital leves, que executam funes simples de ativao neuronal no-linear e operaes de dimensionamento.

“Usando o chip, ns realizamos o estudo mais abrangente da preciso computacional da computao analgica na memria e demonstramos uma preciso de 92,81% no conjunto de dados de imagem CIFAR-10. Ns acreditamos que este seja o mais alto nvel de preciso de qualquer chip atualmente relatado usando tecnologia similar. No artigo, ns tambm mostramos como podemos combinar perfeitamente a computao analgica na memria com vrias unidades de processamento digital e uma estrutura de comunicao digital,” informaram os pesquisadores.

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