Китай создал первый специализированный чип искусственного интеллекта на основе «углеродных нанотрубок»

В отличие от обычных ТПУ, красный компьютерный чип впервые использует углеродные нанотрубки — крошечные цилиндрические структуры из атомов углерода, расположенных в шестиугольниках, — вместо традиционных полупроводниковых материалов, таких как кремний. (Фото: Санкай)

Модели ИИ обрабатывают большие объемы данных и требуют для своей работы больших вычислительных мощностей. Это создает существенное препятствие для обучения и масштабирования моделей машинного обучения, особенно с учетом роста спроса на приложения ИИ. Вот почему ученые работают над созданием новых компонентов — от процессоров до компьютерной памяти, — которые будут потреблять меньше энергии при выполнении необходимых вычислений.

Для решения этой проблемы в 2015 году ученые Google создали TPU. Эти специализированные чипы действуют как выделенные аппаратные ускорители для тензорных операций — сложных математических вычислений, используемых для обучения и запуска моделей ИИ. Перенося эти задачи за пределы центрального процессора (ЦП) и графического процессора (ГП), TPU позволяют быстрее и эффективнее обучать модели ИИ.

Однако в отличие от обычных TPU, этот новый чип впервые использует углеродные нанотрубки — крошечные цилиндрические структуры из атомов углерода, расположенных в шестиугольной форме, — вместо традиционных полупроводниковых материалов, таких как кремний. Такая структура позволяет электронам (заряженным частицам) проходить через них с минимальным сопротивлением, что делает углеродные нанотрубки отличными проводниками электричества.

По словам китайских ученых, их TPU потребляет всего 295 микроватт (мкВт) мощности (где 1 Вт равен 1 000 000 мкВт) и может выполнять 1 триллион вычислений на ватт — единицу энергоэффективности. Это делает китайский ТПУ на основе углерода почти в 1700 раз более энергоэффективным, чем чип Google.

«От ChatGPT до Sora искусственный интеллект открывает новую революцию, но традиционная технология полупроводников на основе кремния все больше не может удовлетворить потребности в обработке огромных объемов данных. Мы нашли решение этой глобальной проблемы», — сказал Чжиюн Чжан, соавтор статьи и профессор электроники Пекинского университета.

Новый TPU включает в себя 3000 транзисторов на основе углеродных нанотрубок и построен с использованием архитектуры систолической матрицы — сети процессоров, организованных в сетку. Это позволяет TPU выполнять несколько вычислений одновременно, координируя потоки данных и гарантируя, что каждый процессор выполняет небольшую часть задачи одновременно.

Такая параллельная обработка позволяет выполнять вычисления гораздо быстрее, что важно для моделей ИИ, обрабатывающих большие объемы данных. По словам Чжана, это также снижает частоту чтения и записи данных памятью, в частности, статической памятью с произвольным доступом (SRAM). Минимизируя эти операции, новый TPU может выполнять вычисления быстрее, потребляя при этом гораздо меньше энергии.

Исследователи утверждают, что в будущем аналогичная технология на основе углеродных нанотрубок может стать более энергоэффективной альтернативой кремниевым чипам. Они заявили, что планируют продолжить доработку чипа, чтобы повысить его производительность и сделать его более масштабируемым, в том числе изучить способы интеграции TPU в кристалл процессора.

Ха Чт

По данным Live Science