Equipe cria chips híbridos com processadores e memória para executar IA em dispositivos alimentados por bateria

Chips híbridos com processadores
Fonte: ts2i.ac-besancon

Smartwatches e outros eletrônicos alimentados por bateria seriam ainda mais inteligentes se pudessem executar algoritmos de IA. Mas os esforços para construir chips com capacidade de IA para dispositivos móveis até agora bateram em uma parede – a chamada “parede da memória” que separa o processamento de dados e os chips de memória que devem trabalhar juntos para atender às enormes e continuamente crescentes demandas computacionais impostas pela IA.

“As transações entre os processadores e a memória podem consumir 95 por cento da energia necessária para o aprendizado de máquina e IA, e isso limita severamente a vida da bateria”, disse o cientista da computação Subhasish Mitra, autor sênior de um novo estudo publicado na Nature Electronics .

Agora, uma equipe que inclui a cientista da computação de Stanford Mary Wootters e o engenheiro elétrico H.-S. Philip Wong projetou um sistema que pode executar tarefas de IA com mais rapidez e menos energia, aproveitando oito chips híbridos, cada um com seu próprio processador de dados construído ao lado de seu próprio armazenamento de memória.

Este documento se baseia no desenvolvimento anterior da equipe de uma nova tecnologia de memória, chamada RRAM, que armazena dados mesmo quando a energia é desligada – como a memória flash – apenas mais rápida e com maior eficiência energética. Seu avanço RRAM permitiu aos pesquisadores de Stanford desenvolver uma geração anterior de chips híbridos que funcionavam sozinhos. Seu projeto mais recente incorpora um novo elemento crítico: algoritmos que combinam os oito chips híbridos separados em um mecanismo de processamento de IA com eficiência energética.

“Se pudéssemos construir um chip convencional massivo com todo o processamento e memória necessários, teríamos feito isso, mas a quantidade de dados necessários para resolver os problemas de IA torna isso um sonho”, disse Mitra. “Em vez disso, enganamos os híbridos fazendo-os pensar que são um chip, e é por isso que chamamos isso de Sistema de Ilusão.”

Os pesquisadores desenvolveram o Illusion como parte da Electronics Resurgence Initiative (ERI), um programa de US $ 1,5 bilhão patrocinado pela Defense Advanced Research Projects Agency. A DARPA, que ajudou a criar a Internet há mais de 50 anos, está apoiando pesquisas que investigam soluções alternativas para a Lei de Moore, que impulsionou os avanços eletrônicos reduzindo os transistores. Mas os transistores não podem continuar diminuindo para sempre.

“Para ultrapassar os limites da eletrônica convencional, precisaremos de novas tecnologias de hardware e novas ideias sobre como usá-los”, disse Wootters.

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A equipe liderada por Stanford construiu e testou seu protótipo com a ajuda de colaboradores do instituto de pesquisa francês CEA-Leti e da Universidade Tecnológica de Nanyang em Cingapura. O sistema de oito chips da equipe é apenas o começo. Em simulações, os pesquisadores mostraram como sistemas com 64 chips híbridos podem executar aplicativos de IA sete vezes mais rápido do que os processadores atuais, usando um sétimo da energia.

Esses recursos podem um dia permitir que a Illusion Systems se torne o cérebro de óculos de realidade virtual e aumentada que usariam redes neurais profundas para aprender ao localizar objetos e pessoas no ambiente e fornecer aos usuários informações contextuais – imagine um sistema AR / VR para ajudar observadores de pássaros identificam espécimes desconhecidos.

O estudante de graduação de Stanford, Robert Radway, que é o primeiro autor do estudo Nature Electronics , disse que a equipe também desenvolveu novos algoritmos para recompilar programas de IA existentes, escritos para os processadores atuais, para rodar nos novos sistemas multi- chip . Colaboradores do Facebook ajudaram a equipe a testar os programas de IA que validaram seus esforços. As próximas etapas incluem aumentar as capacidades de processamento e memória de chips híbridos individuais e demonstrar como produzi-los em massa de maneira barata.

“O fato de nosso protótipo fabricado estar funcionando como esperávamos sugere que estamos no caminho certo”, disse Wong, que acredita que a Illusion Systems pode estar pronta para comercialização dentro de três a cinco anos.

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