Cipul care revoluţionează dezvoltarea inteligenţei artificiale. Cercetările au fost finanţate de Pentagon

”Un nou prototip de cip de la laboratorul IBM Research din California, aflat de mult timp în pregătire, are potențialul de a schimba fundamental modul în care și unde este utilizată eficient Inteligența Artificială (AI)”, a anunțat IBM, pe 19 octombrie.

Progresele din ultimul deceniu în domeniul AI au lăsat cu mult în urmă și cele mai performante capabilități hardware existente. Este ca și cum s-ar încerca rularea sistemelor de operare moderne pe procesoarele din anii 2000: poate funcționa, dar foarte încet iar unele aplicații nu merg deloc.

Era nevoie de ceva absolut nou, care să depășească limitările privind energia mare necesară funcționării sistemelor hardware și numărul maxim de tranzistoare care pot fi inserate pe un cip. Iar, sursa de inspirație pentru ”NorthPole” – așa se numește noul tip de microprocesor de AI, nu putea fi una mai bună decât creierul uman.

Proiectul NorthPole al departamentului Brain-inspired Computing de la IBM, își propune să schimbe acest lucru, inspirându-se din modul în care calculează creierul, a precizat IBM. „Se creează o cale complet diferită de arhitectura von Neumann”, a precizat directorul științific al departamentului, Dharmendra Modha, citat de Defenseromania.ro.

Cu un consum de putere de doar 12 W, fie că este treaz sau adormit, creierul uman este cel mai ecologic supercomputer existent. Spre comparație, un computer desktop obișnuit consumă în jur de 175 W, iar un laptop aproximativ 60 W. Dar, eficiența energetică remarcabilă pălește pe lângă capacitatea extraordinară de a memora informații prin intermediul sinapselor dintre neuroni – o abilitate încă neînțeleasă pe deplin de oamenii de știință.

Deci, NorthPole are o arhitectură fizică și logică mai apropiată de modul în care lucrează creierul uman decât tot ce a fost și este acum. Toate celelalte tipuri de microprocesoare au unitatea de comandă/calcul și memoria complet separate fiind legate între ele de o magistrală de date – arhitectura von Neumann.

Rezultatele obținute de NorthPole la teste au fost cu mult mai bune față de cele mai performante microprocesoare actuale. Consumă de 25 de ori mai puțină energie și este de 5 ori mai eficient în procesare.

Primul set promițător de rezultate obținut de cipul NorthPole a fost publicat, pe 19 octombrie, în revista Science.

Arhitectura unică a NorthPole îi permite să funcționeze exponențial mai eficient în sarcini precum procesarea imaginilor în mișcare.  Față de un cip comparabil ”fabricat în tehnologie de 12 nanometri (nm) și cu un număr comparabil de tranzistori, NorthPole interpretează de 25 de ori mai multe ​​cadre/joule. De asemenea, NorthPole a depășit de cel puțin cinci ori, ca eficiență de procesare de nivel înalt (cadre interpretate pe secundă per miliard de tranzistori), microprocesoarele similare realizate în tehnologie de 12 nm. Desigur, alte procesoare execută mai multe instrucțiuni pe secundă, dar multe din aceste instrucțiuni sunt legate de transferul de date cu memoria la care se adaugă faptul că respectivele cipuri lucrează la frecvențe foarte mari. Este remarcabil faptul că NortPole realizează aceste performanțe la o frecvență de doar 425 MHz.

Referindu-se la performanțele deosebite ale NorthPole, Modha a precizat că a depășit toate arhitecturile majore – chiar și cele care utilizează procese tehnologice mai avansate, cum ar fi un GPU (cip destinat procesărilor grafice – nota autorului) construit pe 4 nm.

Cum reușește NorthPole să calculeze cu atât de multă eficiență comparativ cu cipurile existente? Memoria a fost integrată în nucleele de comandă/calcul, iar procesarea a fost împărțită în foarte multe nuclee. Astfel, NorthPole paralelizează semnificativ calculul și întrebuințează memoria mai rapid și mai eficient, aproape toată memoria fiind folosită permanent.

Citeşte şi: Vești extraordinare pentru utilizatorii Filelist! Răsturnare de situație la câteva zile după ce s-a anunțat că site-ul se închide

Una dintre cele mai mari diferențe este că toată memoria dispozitivului se află pe cipul în sine, decât conectată separat. Fără acest blocaj von Neumann, cipul efectuează inferențe AI (rulează seturi de date din viața reală, nu seturi de antrenament – nota autorului) considerabil mai rapid decât alte cipuri deja existente pe piață. NorthPole conține 22 de miliarde de tranzistori în 800 de milimetri pătrați. Are 256 de nuclee și poate efectua 2.048 de operații pe nucleu pe ciclu la o precizie de 8 biți, cu potențialul de a dubla și de a cvadruplica numărul de operații cu precizie de 4 biți, respectiv 2 biți. „Este o întreagă rețea pe un cip”, a spus Modha.

Dar cel mai mare avantaj al NorthPole este că poate extrage cu ușurință informațiile doar din memoria internă. Nu are nevoie de internet pentru a se conecta la fermele de date sau la aplicații din Cloud. Fiecare nucleu are o capacitate de memorare de 768 KB (un total de 192 MB pe cip), suficientă pentru cuantificarea unei multitudini de neuroni.

Toate performanțele deosebite ale cipului ar fi mai puțin relevante dacă NorthPole ar trebui să acceseze informații din alt loc. Arhitectura NorthPole poate susține și rețele neuronale mai mari prin conectarea împreună a mai multor cipuri. „Nu putem rula GPT-4 pe dispozitiv, dar am putea servi multe dintre modelele de care au nevoie întreprinderile”, a spus Modha. Această eficacitate înseamnă că dispozitivul nu are nevoie de sisteme voluminoase de răcire cu lichid pentru a funcționa – ventilatoarele și radiatoarele sunt mai mult decât suficiente – ceea ce înseamnă că ar putea fi instalat în spații destul de mici.

Sintetizând întreaga muncă la NorthPole, IBM a precizat că s-a plecat de la o idee simplă – cum putem face computere care să funcționeze precum creierul – și, după ani de cercetare fundamentală, s-a venit cu un răspuns. „NorthPole este o reprezentare vagă a creierului pe oglinda unei plăci de siliciu”, a rezumat Modha activitatea de cercetare și dezvoltare întinsă pe mai mulți ani.

Aplicaţiile potenţiale ale NorthPole şi cum poate influenţa dezvoltarea inteligenţei artificiale

În timpul testării, echipa NorthPole s-a concentrat în primul rând pe utilizări legate de analiza inaginilor, în parte pentru că finanțarea proiectului a venit de la Departamentul de Apărare al SUA. Unele dintre aplicațiile principale luate în considerare au fost detectarea și segmentarea imaginilor și clasificarea video. Dar a fost testat și în alte domenii, cum ar fi procesarea limbajului natural  și recunoașterea vorbirii.

IBM lucrează la astfel de cipuri neuromorfe de mai bine de zece ani, cu finanțare din programul SyNAPSE al DARPA, a precizat publicația americană Defense One. Au fost cheltuite peste 50 de milioane de dolari între 2008 și 2014, iar DoD a investit încă 90 de milioane de dolari din 2019, a declarat un oficial de top al cercetării Pentagonului.

„Departamentul Apărării a căutat întotdeauna dimensiuni reduse, greutate și putere mici și apoi viteză crescută pentru procesoarele noastre. Odată cu apariția AI generativă, am recunoscut că trebuie să facem [calcul] cu putere redusă; am avea nevoie de acest tip de arhitectură… mai ales într-un mediu contestat în care semnalele noastre ar putea fi blocate. GPS-ul poate fi refuzat iar a putea face calcul chiar în terenul tactic este un avantaj”, a declarat Maynard Holliday, secretar asistent pentru tehnologii critice ale apărare în Biroul Subsecretarului pentru Cercetare și Inginerie.

Cipurile mai inteligente și independente de rețea (cum este NorthPole – nota autorului) ar putea îmbunătăți considerabil capacitatea diferitelor sisteme militare – drone, roboți de sol, căști de soldat – de a percepe și interpreta lumea din jurul lor. Acestea ar putea ajuta la achiziția unei varietăți mai mari de date, inclusiv audio, optice, infraroșu, sonar și LiDAR; și să permită crearea de noi tipuri de senzori, cum ar fi „radarul cu impulsuri de micro-putere”, a spus Holliday.

„Poate face segmentare, ceea ce înseamnă că poate discerne și recunoaște oamenii dintr-o imagine, ar putea clasifica sunetele, toate astea făcute oriunde”, fără ajutorul internetului, a spus el. De asemenea, ar putea revoluționa mașinile cu conducere autonomă, nu doar pentru armată, ci și în sectorul comercial.

Diverse laboratoare militare, inclusiv Air Force Research Lab și Sandia National Lab, caută deja utilizări pentru acest cip, a spus Holliday.

NorthPole poate chiar permite forțelor armate să facă mai mult cu mai puține cipuri produse pe plan intern. Totuși este nevoie să se producă mai multe cipuri în SUA. Aceasta este o îngrijorare în creștere, deoarece tot mai mulți oficiali avertizează asupra unei potențiale invazii chineze în Taiwan, unul dintre principalii furnizori de microprocesoare avansate pentru telefoane, mașini etc.

Holliday a spus că NorthPole rivalizează deja cu cele mai avansate cipuri din Asia, iar versiunile viitoare sunt de așteptat să fie și mai eficiente.

„NorthPole este realizat pe 12 nanometri.Știi, lucrurile de ultimă generație care se află în iPhone-urile noastre și în alte electronice comerciale sunt pe trei nano. Și toate acestea sunt produse în Asia la TSMC din Taiwan și Samsung. Faptul că acest cip funcționează așa cum o face la 12 nanometri este de foarte bun augur. Pe măsură ce coborâm la mai puțini nanometri, va avea performanțe din ce în ce mai bune.”

Dar, Statele Unite încă trebuie să-și sporească considerabil capacitatea de a fabrica astfel de cipuri în cantități mari, a spus el, un proces care abia a început.

Citeşte şi: Incredibil! Turiștii au votat, pentru al treilea a consecutiv, această țară europeană ca fiind cea mai bună destinație!