Científicos chinos han construido un nuevo tipo de unidad de procesamiento tensorial (TPU), un tipo especial de chip informático, utilizando nanotubos de carbono en lugar de un semiconductor de silicio tradicional. Dicen que el nuevo chip podría allanar el camino hacia tecnologías más eficientes energéticamente inteligencia artificial (AI).
Los modelos de IA requieren un uso intensivo de datos y una potencia informática considerable para funcionar. Esto plantea una barrera importante para entrenar y escalar modelos de aprendizaje automático, especialmente a medida que aumenta la demanda de aplicaciones de IA. Por eso los científicos están trabajando para fabricar nuevos componentes, desde procesadores hasta memoria de la computadora — que están diseñados para consumir órdenes de magnitud menos de energía al realizar los cálculos necesarios.
Los científicos de Google crearon TPU en 2015 para afrontar este desafío. Estos chips especializados actúan como aceleradores de hardware dedicados para operaciones tensoriales, cálculos matemáticos complejos que se utilizan para entrenar y ejecutar modelos de IA. Al descargar estas tareas de la unidad central de procesamiento (CPU) y la unidad de procesamiento de gráficos (GPU), las TPU ayudan a entrenar modelos de IA de manera más rápida y eficiente.
A diferencia de los TPU convencionales, este nuevo chip es el primero en utilizar nanotubos de carbono (pequeñas estructuras cilíndricas hechas de átomos de carbono dispuestos en un patrón hexagonal) en lugar de materiales semiconductores tradicionales como el silicio. Esta estructura permite que los electrones (partículas cargadas) los atraviesen con una resistencia mínima, lo que convierte a los nanotubos de carbono en excelentes conductores de electricidad. Los científicos publicaron su investigación el 22 de julio en la revista. Electrónica natural.
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Según los científicos, su TPU consume sólo 295 microvatios (μW) de potencia (donde 1 W son 1.000.000 μW) y puede realizar 1 billón de operaciones por vatio, o una unidad de eficiencia energética. En comparación, TPU Edge de Google El TPU de China basado en carbono es capaz de realizar 4 billones de operaciones por segundo (TOPS) utilizando 2W de potencia. Esto hace que el TPU a base de carbono de China sea casi 1.700 veces más eficiente energéticamente.
«Desde ChatGPT hasta Sora, la inteligencia artificial está marcando el comienzo de una nueva revolución, pero la tecnología tradicional de semiconductores basada en silicio es cada vez más incapaz de satisfacer las necesidades de procesamiento de cantidades masivas de datos». Zhiyong Zhangcoautor del artículo y profesor de electrónica en la Universidad de Pekín, dijo Explorar tecnología“Hemos encontrado una solución a este desafío global. »
El nuevo TPU está hecho de 3.000 transistores de nanotubos de carbono y está construido con una arquitectura de matriz sistólica: una matriz de procesadores dispuestos en un patrón similar a una cuadrícula.
Las matrices sistólicas transmiten datos a cada procesador en una secuencia sincronizada, paso a paso, como objetos que se mueven en una cinta rodante. Esto permite que la TPU realice múltiples cálculos simultáneamente coordinando el flujo de datos y asegurando que cada procesador trabaje en una pequeña parte de la tarea al mismo tiempo.
Este procesamiento paralelo permite realizar cálculos mucho más rápido, lo cual es crucial para los modelos de IA que procesan grandes cantidades de datos. También reduce la frecuencia con la que la memoria (particularmente un tipo llamado memoria estática de acceso aleatorio (SRAM)) debe leer y escribir datos, dijo Zhang. Al minimizar estas operaciones, el nuevo TPU puede realizar cálculos más rápido y utilizar mucha menos energía.
Para probar su nuevo chip, los científicos construyeron una red neuronal de cinco capas (un conjunto de algoritmos de aprendizaje automático diseñados para imitar la estructura del cerebro humano) y la utilizaron para tareas de reconocimiento de imágenes.
La TPU logró una tasa de precisión del 88 % manteniendo un consumo de energía de solo 295 μW. En el futuro, una tecnología similar basada en nanotubos de carbono podría proporcionar una alternativa más eficiente energéticamente a los chips basados en silicio, dijeron los investigadores.
Los científicos planean seguir perfeccionando el chip para mejorar su rendimiento y hacerlo más escalable, dijeron, incluida la exploración de cómo se podría integrar el TPU en los procesadores de silicio.
