IBM faz inteligência artificial com computação sem processador

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Protótipo do chip que faz computação usando apenas a memória. [Imagem: IBM]

Computação em memória

A "computação em memória" - ou "memória computacional" - é um conceito emergente que usa as propriedades físicas das memórias de computador para processar informações, além de armazená-las.

Isso é bem diferente da computação atual, baseada na arquitetura von Neumann, o que inclui todos os computadores, celulares e demais aparelhos de informática, que precisam fazer os dados transitarem entre a memória e o processador, o que os torna mais lentos e menos eficientes em termos de energia.

A IBM está anunciando agora que seus engenheiros conseguiram rodar um algoritmo de aprendizado de máquina sem supervisão em um milhão de células de memória de mudança de fase (PCM), uma tecnologia na qual a empresa vem trabalhando há vários anos - assim como a Intel e outras fabricantes de semicondutores.

O programa de inteligência artificial rodou e encontrou correlações temporais em fluxos de dados desconhecidos, comprovando a efetividade da memória computacional. Os resultados foram aferidos em um computador comum.

Em comparação com os computadores clássicos de ponta, os engenheiros calculam que esta tecnologia - ainda em fase de protótipo - produza ganhos de 200 vezes em velocidade de processamento e em eficiência energética, tornando a computação em memória altamente interessante tanto para sistemas de computação ultradensa, como nos centros de dados, e aplicações paralelas, como na inteligência artificial, como também para aparelhos de baixa potência, onde a duração das baterias é importante.

Memórias que fazem cálculos

A equipe usou células de memória PCM feitas de uma liga de telureto de antimônio e germânio, semicondutores que são empilhados de forma intercalada entre dois eletrodos.

Quando uma corrente elétrica é aplicada ao material, ele se aquece, o que altera seu estado de amorfo (com um arranjo atômico desordenado) para cristalino (com uma configuração atômica ordenada) - esta é a mudança de fase que dá nome à tecnologia.

Para fazer os cálculos, a corrente elétrica aplicada é dosada de acordo com o dado a ser processado. A memória responde com uma dinâmica de cristalização correspondente à corrente, de forma que o resultado da operação é expresso em seu estado de condutância final, determinado pelo processo de cristalização.

Esquema do algoritmo de computação em memória. [Imagem: IBM]

"Este é um passo importante em nossa pesquisa da física da inteligência artificial, que explora novos materiais de hardware, dispositivos e arquiteturas," disse Evangelos Eleftheriou, que recentemente ajudou a criar memórias com três bits por célula.

"À medida que as leis de escalonamento da tecnologia CMOS se desintegram devido aos limites tecnológicos, é necessário um abandono radical da dicotomia processador-memória para contornar as limitações dos computadores atuais. Dada a simplicidade, alta velocidade e baixa energia de nossa abordagem de computação em memória, é notável que nossos resultados sejam tão parecidos com nossa abordagem clássica de referência executada em um computador von Neumann," finalizou Eleftheriou.

Bibliografia:

Temporal correlation detection using computational phase-change memory
Abu Sebastian, Tomas Tuma, Nikolaos Papandreou, Manuel Le Gallo, Lukas Kull, Thomas Parnell, Evangelos Eleftheriou
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 1115
DOI: 10.1038/s41467-017-01481-9