چین اولین تراشه اختصاصی هوش مصنوعی «نانولوله کربنی» را ساخت

TPO - دانشمندان چینی نوع جدیدی از واحد پردازش تانسور (TPU) را ساخته‌اند - نوع خاصی از تراشه رایانه‌ای که به جای نیمه‌هادی‌های سیلیکونی سنتی از نانولوله‌های کربنی استفاده می‌کند. آنها می‌گویند این تراشه جدید می‌تواند دریچه‌ای به سوی هوش مصنوعی (AI) با مصرف انرژی بهینه‌تر باز کند.

برخلاف TPU معمولی، تراشه کامپیوتری قرمز اولین تراشه‌ای است که به جای مواد نیمه‌هادی سنتی مانند سیلیکون، از نانولوله‌های کربنی - ساختارهای استوانه‌ای ریز ساخته شده از اتم‌های کربن که به صورت شش ضلعی چیده شده‌اند - استفاده می‌کند. (تصویر: Sankai)

مدل‌های هوش مصنوعی به داده‌های زیادی نیاز دارند و برای اجرا به مقادیر زیادی از قدرت محاسباتی نیاز دارند. این امر مانع قابل توجهی برای آموزش و مقیاس‌بندی مدل‌های یادگیری ماشین ایجاد می‌کند، به خصوص با افزایش تقاضا برای برنامه‌های کاربردی هوش مصنوعی. به همین دلیل است که دانشمندان در تلاشند تا اجزای جدیدی، از پردازنده‌ها گرفته تا حافظه کامپیوتر، ایجاد کنند که برای مصرف انرژی کمتر در حین اجرای محاسبات لازم طراحی شده باشند.

دانشمندان گوگل در سال ۲۰۱۵ برای حل این چالش، TPUها را ساختند. این تراشه‌های تخصصی به عنوان شتاب‌دهنده‌های سخت‌افزاری اختصاصی برای عملیات تانسور عمل می‌کنند - محاسبات ریاضی پیچیده‌ای که برای آموزش و اجرای مدل‌های هوش مصنوعی استفاده می‌شوند. TPUها با انتقال این وظایف از واحد پردازش مرکزی (CPU) و واحد پردازش گرافیکی (GPU)، به مدل‌های هوش مصنوعی اجازه می‌دهند سریع‌تر و کارآمدتر آموزش ببینند.

با این حال، برخلاف TPU های معمولی، این تراشه جدید اولین تراشه‌ای است که از نانولوله‌های کربنی استفاده می‌کند - ساختارهای استوانه‌ای کوچکی که از اتم‌های کربن در یک الگوی شش ضلعی به جای مواد نیمه‌هادی سنتی مانند سیلیکون ساخته شده‌اند. این ساختار به الکترون‌ها (ذرات باردار) اجازه می‌دهد تا با حداقل مقاومت از طریق آنها جریان یابند و نانولوله‌های کربنی را به رساناهای عالی برق تبدیل می‌کند.

به گفته دانشمندان چینی، TPU آنها تنها ۲۹۵ میکرووات (μW) برق مصرف می‌کند (که در آن ۱ وات معادل ۱,۰۰۰,۰۰۰ میکرووات است) و می‌تواند ۱ تریلیون محاسبه را در هر وات - واحد بهره‌وری انرژی - انجام دهد. این باعث می‌شود TPU مبتنی بر کربن چین تقریباً ۱۷۰۰ برابر از تراشه گوگل از نظر مصرف انرژی کارآمدتر باشد.

ژیونگ ژانگ، یکی از نویسندگان مقاله و استاد الکترونیک در دانشگاه پکن، گفت: «از ChatGPT تا Sora، هوش مصنوعی در حال آغاز یک انقلاب جدید است، اما فناوری نیمه‌هادی سنتی مبتنی بر سیلیکون به طور فزاینده‌ای قادر به پاسخگویی به نیازهای پردازش حجم عظیمی از داده‌ها نیست. ما راه حلی برای این چالش جهانی پیدا کرده‌ایم.»

این TPU جدید شامل ۳۰۰۰ ترانزیستور نانولوله کربنی است و با استفاده از معماری آرایه سیستولیک - شبکه‌ای از پردازنده‌های چیده شده در یک شبکه - ساخته شده است. این امر به TPU اجازه می‌دهد تا با هماهنگ کردن جریان داده‌ها و اطمینان از اینکه هر پردازنده بخش کوچکی از کار را همزمان انجام می‌دهد، چندین محاسبه را به طور همزمان انجام دهد.

ژانگ گفت، این پردازش موازی امکان انجام بسیار سریع‌تر محاسبات را فراهم می‌کند، که برای مدل‌های هوش مصنوعی که حجم زیادی از داده‌ها را پردازش می‌کنند، مهم است. همچنین فرکانسی را که حافظه - به ویژه نوعی به نام حافظه دسترسی تصادفی ایستا (SRAM) - برای خواندن و نوشتن داده‌ها نیاز دارد، کاهش می‌دهد. با به حداقل رساندن این عملیات، TPU جدید می‌تواند محاسبات را سریع‌تر و در عین حال با مصرف انرژی بسیار کمتر انجام دهد.

محققان می‌گویند فناوری مشابه مبتنی بر نانولوله‌های کربنی می‌تواند در آینده جایگزین کم‌مصرف‌تری برای تراشه‌های مبتنی بر سیلیکون ارائه دهد. آن‌ها قصد دارند به اصلاح تراشه برای بهبود عملکرد و مقیاس‌پذیرتر کردن آن ادامه دهند، از جمله بررسی راه‌هایی برای ادغام TPU در CPUهای سیلیکونی.

هکتار پنجشنبه

به نقل از لایو ساینس