China bouwt eerste speciale AI-chip met 'koolstofnanobuizen'

TPO - Chinese wetenschappers hebben een nieuw type tensor processing unit (TPU) ontwikkeld – een speciaal type computerchip die koolstofnanobuisjes gebruikt in plaats van traditionele siliciumhalfgeleiders. Volgens hen zou de nieuwe chip de weg kunnen openen naar energiezuinigere kunstmatige intelligentie (AI).

In tegenstelling tot conventionele TPU is de rode computerchip de eerste die gebruikmaakt van koolstofnanotubes – minuscule cilindrische structuren gemaakt van koolstofatomen gerangschikt in zeshoeken – in plaats van traditionele halfgeleidermaterialen zoals silicium. (Afbeelding: Sankai)

AI-modellen zijn data-intensief en vereisen veel rekenkracht. Dit vormt een aanzienlijk obstakel voor het trainen en opschalen van machine learning-modellen, vooral nu de vraag naar AI-toepassingen toeneemt. Daarom werken wetenschappers aan de ontwikkeling van nieuwe componenten, van processors tot computergeheugen, die ontworpen zijn om minder energie te verbruiken tijdens het uitvoeren van de benodigde berekeningen.

Google-wetenschappers ontwikkelden in 2015 TPU's om deze uitdaging aan te pakken. Deze gespecialiseerde chips fungeren als speciale hardwareversnellers voor tensorbewerkingen – de complexe wiskundige berekeningen die worden gebruikt om AI-modellen te trainen en uit te voeren. Door deze taken te verplaatsen van de centrale verwerkingseenheid (CPU) en de grafische verwerkingseenheid (GPU), maken TPU's het mogelijk om AI-modellen sneller en efficiënter te trainen.

In tegenstelling tot conventionele TPU's is deze nieuwe chip echter de eerste die gebruikmaakt van koolstofnanobuisjes – minuscule cilindrische structuren gemaakt van koolstofatomen die in een hexagonaal patroon zijn gerangschikt in plaats van traditionele halfgeleidermaterialen zoals silicium. Deze structuur zorgt ervoor dat elektronen (geladen deeltjes) er met minimale weerstand doorheen kunnen stromen, waardoor koolstofnanobuisjes uitstekende geleiders van elektriciteit zijn.

Volgens de Chinese wetenschappers verbruikt hun TPU slechts 295 microwatt (μW) aan vermogen (waarbij 1 W gelijk is aan 1.000.000 μW) en kan het 1 biljoen berekeningen per watt uitvoeren – een eenheid voor energie-efficiëntie. Dit maakt de op koolstof gebaseerde TPU van China bijna 1700 keer energiezuiniger dan de chip van Google.

"Van ChatGPT tot Sora, kunstmatige intelligentie luidt een nieuwe revolutie in, maar traditionele siliciumgebaseerde halfgeleidertechnologie kan steeds minder voldoen aan de eisen voor het verwerken van enorme hoeveelheden data. We hebben een oplossing gevonden voor deze wereldwijde uitdaging", aldus Zhiyong Zhang, co-auteur van het artikel en hoogleraar elektronica aan de Universiteit van Peking.

De nieuwe TPU bevat 3000 koolstofnanobuistransistoren en is gebouwd met behulp van een systolische arrayarchitectuur – een netwerk van processoren in een raster. Dit stelt de TPU in staat om meerdere berekeningen tegelijk uit te voeren door de datastroom te coördineren en ervoor te zorgen dat elke processor een klein deel van de taak tegelijkertijd uitvoert.

Deze parallelle verwerking maakt het mogelijk om berekeningen veel sneller uit te voeren, wat belangrijk is voor AI-modellen die grote hoeveelheden data verwerken. Het vermindert ook de frequentie waarmee geheugen – specifiek een type dat statisch random access memory (SRAM) wordt genoemd – gegevens moet lezen en schrijven, aldus Zhang. Door deze bewerkingen te minimaliseren, kan de nieuwe TPU berekeningen sneller uitvoeren met veel minder stroomverbruik.

De onderzoekers zeggen dat vergelijkbare technologie op basis van koolstofnanobuisjes in de toekomst een energiezuiniger alternatief zou kunnen bieden voor siliciumchips. Ze zijn van plan de chip verder te verfijnen om de prestaties te verbeteren en schaalbaarder te maken, inclusief het onderzoeken van manieren om TPU in silicium-CPU's te integreren, aldus de onderzoekers.

Ha Thu

Volgens Live Science