Computació en memòria

Per canviar la propietat fonamental de la computació, investigadors de Princeton han construït un nou tipus de xip informàtic que augmenta el rendiment energètic dels sistemes utilitzats per a la intel·ligència artificial.

El xip, que funciona amb llenguatges de programació estàndard, podria ser especialment útil en els telèfons, rellotges o altres dispositius que es basen en la informàtica d'alt rendiment i que tenen una vida útil limitada de la bateria.

El xip, basat en una tècnica anomenada computació en memòria, està dissenyat per superar un coll d'ampolla de la computació primària que obliga als processadors d'ordinadors a gastar temps i energia per obtenir dades de la memòria emmagatzemada. La computació en memòria realitza directament computació  en l'emmagatzematge, permetent una major velocitat i eficiència.

L'anunci del nou xip, juntament amb un sistema per programar-lo, es basa en un anterior informe que els investigadors en col·laboració amb Analog Devices Inc. havien fabricat  memòries per a la informàtica. Les proves de la circuitería en el laboratori,  van demostrar que el xip seria des de desenes a centenars de vegades més ràpid que altres xips comparables. Tanmateix, el xip inicial no incloïa tots els components de la versió més recent, de manera que la seva capacitat era més limitada.

Els circuits en memòria, s'han integrat en una arquitectura de processador programable. El xip ara treballa amb llenguatges comuns com és el C. 

Tot i que podria funcionar en una àmplia gamma de sistemes, el xip de Princeton pretén donar suport a sistemes dissenyats per a algorismes d'inferència deep-learning que permeten a les computadores prendre decisions i realitzar tasques complexes mitjançant l'aprenentatge dels conjunts de dades. Els sistemes de deep-learning, gestionen coses que van en aplicacions per la conducció autònima, el sistemes de reconeixement facial i el programari de diagnòstic mèdic.

Per a moltes aplicacions, l'estalvi energètic del xip seria  crític. Això és degut a que s'espera que moltes aplicacions d'AI funcionin en dispositius que van amb bateries com ara són els telèfons mòbils o sensors mèdics. L'Apple iPhone X, per exemple, ja té un xip AI com a part de la seva circuitería. 

L'arquitectura clàssica de l'ordinador separa el processador central,  de la memòria, que emmagatzema les dades. Molta energia de l'ordinador es usada per transmetre i rebre dades entre ells.

En part, el nou xip és una resposta a la lentitud de la promesa de la llei de Moore. En el 1965, el fundador d'Intel, Gordon Moore, va observar que el nombre de transistors en circuits integrats s'anava duplicant cada any, i la indústria també va assenyalar que aquests transistors eren més ràpids i més eficients en el procés. Durant dècades, aquestes observacions, que es van conèixer com a Llei de Moore, van recolzar una transformació en la qual els ordinadors es van fer cada vegada més potents. Però en els últims anys, els transistors no han continuat millorant-se com en el passat, passant per les limitacions fonamentals de la seva física.

La computació necessària per a l'AI seria molt més eficient si es pogués fer en la mateixa ubicació que la memòria de l'ordinador, ja que eliminarà el temps i l'energia que s'utilitza per obtenir dades emmagatzemades. Això faria que l'ordinador sigui més ràpid sense millorar els transistors. Els circuits de memòria estan dissenyats amb la major densitat possible per empaquetar grans quantitats de dades. La computació, d'altra banda, requereix més espai per ubicar transistors addicionals.

Una opció era substituir els components elèctrics anomenats condensadors per transistors. Els transistors són bàsicament interruptors que utilitzen els canvis de tensió per suportar els 1 i els 0 que formen els senyals binaris. Poden fer tot tipus de càlculs utilitzant matrius d'1 i 0 dígits,  per això aquests sistemes es diuen digitals. Els condensadors emmagatzemen i alliberen càrrega elèctrica, de manera que poden representar qualsevol nombre, no només 1 i 0. Amb els condensadors es podia realitzar càlculs en un espai molt més curt que no pas amb transistors.

Els condensadors també es poden instal·lar en un xip, molt més que els transistors. El nou disseny combina els condensadors amb cel·les convencionals de memòria estàtica d'accés aleatori (SRAM) en un xip.

La combinació dels condensadors i la SRAM, s'utilitza per realitzar càlculs en les dades del domini analògic (no digital), però de manera que sigui segura i que inclogui característiques de programabilitat.



Ara, els circuits de memòria poden realitzar càlculs de manera orientada per la unitat de processament central del xip.

La informàtica en memòria, en els darrers anys ha demostrat moltes promeses, abordant com a repte,  l'energia i la velocitat dels sistemes informàtics. Però la gran pregunta és si aquesta proposta, seria escalable i usable pels dissenyadors del sistema cap a totes les aplicacions de l'AI que realment  interessen. 

Font: Universitat de Princeton