Rivoluzionaria tecnologia dei chip integra memorizzazione e elaborazione dei dati
Una tecnologia innovativa dei chip, che integra la memorizzazione e l’elaborazione dei dati, promette di aumentare notevolmente l’efficienza e le prestazioni. Questi chip, che dovrebbero essere pronti per il mercato tra tre e cinque anni, richiedono una collaborazione interdisciplinare per soddisfare gli standard di sicurezza del settore.
Hussam Amrouch ha sviluppato un’architettura pronta per l’IA che è due volte più potente rispetto agli approcci di calcolo in memoria comparabili. Come riportato sulla rivista Nature, il professore della Technische Universität München (TUM) applica un nuovo paradigma computazionale utilizzando circuiti speciali noti come transistor a effetto di campo ferroelettrico (FeFET). Questo potrebbe rivelarsi utile per l’IA generativa, gli algoritmi di apprendimento profondo e le applicazioni robotiche entro pochi anni.
Il concetto di base e le prestazioni dei chip
L’idea di base è semplice: a differenza dei chip precedenti, dove le calcolazioni venivano eseguite solo sui transistor, ora essi sono anche il luogo di memorizzazione dei dati. Ciò consente di risparmiare tempo ed energia.
“Di conseguenza, le prestazioni dei chip aumentano”, afferma Hussam Amrouch, professore di progettazione di processori IA presso la Technische Universität München (TUM).
I transistor su cui esegue calcoli e memorizza dati misurano solo 28 nanometri, con milioni di essi posizionati su ciascuno dei nuovi chip IA. I chip del futuro dovranno essere più veloci e più efficienti di quelli precedenti. Di conseguenza, non possono surriscaldarsi rapidamente. Questo è essenziale se devono supportare applicazioni come i calcoli in tempo reale quando un drone è in volo, ad esempio.
“Compiti come questo sono estremamente complessi e energetici per un computer”, spiega il professore.
Efficienza e potenza nei chip moderni
Questi requisiti chiave per un chip sono riassunti matematicamente dal parametro TOPS/W: “tera-operazioni al secondo per watt”. Questo può essere visto come la valuta per i chip del futuro. La domanda è quante operazioni di trilioni (TOP) un processore può eseguire al secondo (S) quando viene fornito con un watt (W) di potenza.
Il nuovo chip IA, sviluppato in collaborazione tra Bosch e Fraunhofer IMPS e supportato nel processo di produzione dalla società statunitense GlobalFoundries, può fornire 885 TOPS/W. Questo lo rende due volte più potente rispetto ai chip IA comparabili, incluso un chip MRAM di Samsung. I chip CMOS, che ora sono comunemente utilizzati, operano nell’intervallo di 10-20 TOPS/W. Questo è dimostrato nei risultati recentemente pubblicati su Nature.
Architettura del chip ispirata al cervello umano
I ricercatori hanno preso in prestito il principio dell’architettura moderna del chip dagli esseri umani. “Nel cervello, i neuroni gestiscono l’elaborazione dei segnali, mentre le sinapsi sono in grado di ricordare queste informazioni”, dice Amrouch, descrivendo come le persone sono in grado di apprendere e richiamare interrelazioni complesse.
Per fare ciò, il chip utilizza transistor “ferroelettrici” (FeFET). Questi sono interruttori elettronici che incorporano caratteristiche aggiuntive speciali (inversione dei poli quando viene applicata una tensione) e possono memorizzare informazioni anche quando vengono scollegati dalla fonte di alimentazione. Inoltre, garantiscono la memorizzazione e l’elaborazione simultanea dei dati all’interno dei transistor.
“Ora possiamo costruire chipset altamente efficienti che possono essere utilizzati per applicazioni come l’apprendimento profondo, l’IA generativa o la robotica, ad esempio dove i dati devono essere elaborati dove vengono generati”, ritiene Amrouch.
Percorso verso i chip pronti per il mercato
L’obiettivo è utilizzare il chip per eseguire algoritmi di apprendimento profondo, riconoscere oggetti nello spazio, o elaborare dati da droni in volo senza ritardi. Tuttavia, il professore dell’Istituto di Robotica e Intelligenza Macchinica Integrata di Monaco (MIRMI) presso la TUM ritiene che ci vorranno ancora alcuni anni prima che ciò sia possibile. Pensa che saranno necessari almeno tre-cinque anni prima che i primi chip in memoria adatti per applicazioni reali diventino disponibili.
Una delle ragioni per questo risiede nei requisiti di sicurezza del settore. Prima che una tecnologia di questo tipo possa essere utilizzata nell’industria automobilistica, ad esempio, non basta che funzioni in modo affidabile. Deve anche soddisfare i criteri specifici del settore.
“Questo sottolinea ancora una volta l’importanza della collaborazione interdisciplinare con ricercatori di varie discipline come l’informatica, l’informatica e l’ingegneria elettrica”, afferma l’esperto di hardware Amrouch. Vede questo come un punto di forza particolare del MIRMI.