Plataforma neuromórfica ofrece un gran avance en eficiencia informática

Investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han desarrollado una plataforma informática analógica inspirada en el cerebro capaz de almacenar y procesar datos en la asombrosa cantidad de 16.500 estados de conductancia dentro de una película molecular.

Este avance representa un enorme paso respecto de las computadoras digitales tradicionales, en las que el almacenamiento y el procesamiento de datos se limitan a solo dos estados.

Una plataforma de este tipo podría llevar tareas complejas de IA, como el entrenamiento de modelos de lenguaje grandes (LLM), a dispositivos personales como computadoras portátiles y teléfonos inteligentes, acercándonos así a la democratización del desarrollo de herramientas de IA.

Estos desarrollos están actualmente restringidos a centros de datos con muchos recursos, debido a la falta de hardware energéticamente eficiente.

Con la electrónica de silicio acercándose a la saturación, el diseño de aceleradores inspirados en el cerebro que puedan funcionar junto con chips de silicio para ofrecer una IA más rápida y eficiente también se está volviendo crucial.

“La computación neuromórfica ha tenido su cuota de desafíos sin resolver durante más de una década“, explica Sreetosh Goswami, profesor adjunto del Centro de Nanociencia e Ingeniería (CeNSE), IISc, quien dirigió el equipo de investigación.

“Con este descubrimiento, casi hemos logrado el sistema perfecto, una hazaña poco común”.

La operación fundamental que subyace a la mayoría de los algoritmos de IA es bastante básica: la multiplicación de matrices, un concepto que se enseña en matemáticas de secundaria.

Pero en las computadoras digitales, estos cálculos consumen mucha energía.

La plataforma desarrollada por el equipo del IISc reduce drásticamente tanto el tiempo como la energía involucrados, lo que hace que estos cálculos sean mucho más rápidos y fáciles.

El sistema molecular en el corazón de la plataforma fue diseñado por Goswami, profesor visitante en CeNSE.

A medida que las moléculas y los iones se mueven dentro de una película de material, crean innumerables estados de memoria únicos, muchos de los cuales han sido inaccesibles hasta ahora.

La mayoría de los dispositivos digitales solo pueden acceder a dos estados (alta y baja conductancia), sin poder aprovechar el número infinito de estados intermedios posibles.

Al utilizar pulsos de voltaje sincronizados con precisión, el equipo del IISc encontró una forma de rastrear eficazmente un número mucho mayor de movimientos moleculares y mapear cada uno de ellos a una señal eléctrica distinta, formando un extenso “diario molecular” de diferentes estados.

“Este proyecto unió la precisión de la ingeniería eléctrica con la creatividad de la química, permitiéndonos controlar la cinética molecular con mucha precisión dentro de un circuito electrónico alimentado por pulsos de voltaje de nanosegundos“, explica Goswami.

Aprovechar estos pequeños cambios moleculares permitió al equipo crear un acelerador neuromórfico altamente preciso y eficiente, que puede almacenar y procesar datos en la misma ubicación, de manera similar al cerebro humano.

Estos aceleradores se pueden integrar sin problemas con circuitos de silicio para aumentar su rendimiento y eficiencia energética.

Un desafío clave al que se enfrentó el equipo fue caracterizar los diversos estados de conductancia, lo que resultó imposible con el equipo existente.

El equipo diseñó una placa de circuito personalizada que podía medir voltajes tan pequeños como una millonésima de voltio, para identificar estos estados individuales con una precisión sin precedentes.

El equipo también convirtió este descubrimiento científico en una hazaña tecnológica.

Pudieron recrear la icónica imagen de los “Pilares de la Creación” de la NASA a partir de los datos del Telescopio Espacial James Webb (creados originalmente por una supercomputadora) utilizando solo una computadora de mesa.

También pudieron hacerlo en una fracción del tiempo y la energía que necesitarían las computadoras tradicionales.

Los investigadores creen que este avance podría ser uno de los mayores saltos de la India en hardware de IA, colocando al país en el mapa de la innovación tecnológica global.

Navakanta Bhat, profesor de CeNSE y experto en electrónica de silicio, dirigió el diseño del circuito y el sistema en este proyecto.

“Lo que destaca es cómo hemos transformado la comprensión compleja de la física y la química en tecnología innovadora para el hardware de IA“, explica.

Con el apoyo del Ministerio de Electrónica y Tecnología de la Información, el equipo del IISc ahora se centra en el desarrollo de un chip neuromórfico integrado totalmente autóctono.

Fuente: Nature