China constrói primeiro chip dedicado à IA de 'nanotubo de carbono'

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Ao contrário do TPU convencional, o chip vermelho do computador é o primeiro a usar nanotubos de carbono – pequenas estruturas cilíndricas feitas de átomos de carbono dispostos em hexágonos – em vez de materiais semicondutores tradicionais como o silício. (Imagem: Sankai)

Modelos de IA exigem grande quantidade de dados e grande poder computacional para serem executados. Isso representa um obstáculo significativo ao treinamento e ao escalonamento de modelos de aprendizado de máquina, especialmente com o aumento da demanda por aplicações de IA. É por isso que os cientistas estão trabalhando para criar novos componentes, de processadores a memórias de computador, projetados para consumir menos energia durante a execução dos cálculos necessários.

Cientistas do Google criaram TPUs em 2015 para enfrentar esse desafio. Esses chips especializados atuam como aceleradores de hardware dedicados para operações tensoriais — os cálculos matemáticos complexos usados para treinar e executar modelos de IA. Ao transferir essas tarefas da unidade central de processamento (CPU) e da unidade de processamento gráfico (GPU), as TPUs permitem que os modelos de IA sejam treinados de forma mais rápida e eficiente.

Ao contrário dos TPUs convencionais, no entanto, este novo chip é o primeiro a utilizar nanotubos de carbono — minúsculas estruturas cilíndricas feitas de átomos de carbono dispostos em um padrão hexagonal, em vez de materiais semicondutores tradicionais como o silício. Essa estrutura permite que elétrons (partículas carregadas) fluam através deles com resistência mínima, tornando os nanotubos de carbono excelentes condutores de eletricidade.

Segundo os cientistas chineses, o TPU deles consome apenas 295 microwatts (μW) de energia (onde 1 W equivale a 1.000.000 μW) e pode realizar 1 trilhão de cálculos por watt — uma unidade de eficiência energética. Isso torna o TPU chinês à base de carbono quase 1.700 vezes mais eficiente em termos de energia do que o chip do Google.

"Do ChatGPT ao Sora, a inteligência artificial está inaugurando uma nova revolução, mas a tecnologia tradicional de semicondutores baseada em silício está cada vez mais incapaz de atender às demandas de processamento de enormes quantidades de dados. Encontramos uma solução para esse desafio global", disse Zhiyong Zhang, coautor do artigo e professor de eletrônica na Universidade de Pequim.

A nova TPU inclui 3.000 transistores de nanotubos de carbono e é construída usando uma arquitetura de matriz sistólica — uma rede de processadores dispostos em uma grade. Isso permite que a TPU execute vários cálculos simultaneamente, coordenando o fluxo de dados e garantindo que cada processador execute uma pequena parte da tarefa ao mesmo tempo.

Esse processamento paralelo permite que os cálculos sejam realizados muito mais rapidamente, o que é importante para modelos de IA que processam grandes quantidades de dados. Também reduz a frequência com que a memória — especificamente um tipo chamado memória estática de acesso aleatório (SRAM) — precisa ler e gravar dados, disse Zhang. Ao minimizar essas operações, a nova TPU pode realizar cálculos mais rapidamente, consumindo muito menos energia.

Os pesquisadores afirmam que uma tecnologia semelhante baseada em nanotubos de carbono poderá fornecer uma alternativa mais eficiente em termos de energia aos chips de silício no futuro. Eles planejam continuar refinando o chip para melhorar o desempenho e torná-lo mais escalável, incluindo a exploração de maneiras de integrar TPU em CPUs de silício, disseram.

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