El nuevo chip de IA del MIT es 1 millón de veces más rápido que las sinapsis en el cerebro humano

Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha estado trabajando para superar los límites de velocidad de un tipo de sinapsis analógica hecha por el hombre previamente desarrollada, que es más barata de construir y es más eficiente en energía, y promete un cálculo más rápido.

El equipo multidisciplinario utilizó resistores programables, que son los bloques de construcción centrales en el aprendizaje profundo analógico, así como los transistores son los elementos centrales para construir procesadores digitales para producir “aprendizaje profundo analógico”.

Los resistores están construidos en arreglos repetitivos para crear una red compleja y estratificada de “neuronas” y “sinapsis” artificiales que ejecutan cálculos de la misma manera que una red neuronal digital. Tal red puede ser entrenada para lograr tareas complejas de IA como el reconocimiento de imágenes y el procesamiento del lenguaje natural.

Los investigadores utilizaron un material inorgánico práctico en el proceso de fabricación que permite que sus dispositivos funcionen 1 millón de veces más rápido que las versiones anteriores. El estudio afirmó que es aproximadamente 1 millón de veces más rápido que las sinapsis en el cerebro humano.

Además, este material orgánico también hace que el resistor sea extremadamente eficiente en energía. A diferencia de los materiales utilizados en la versión anterior de su dispositivo, el material recién desarrollado es compatible con las técnicas de fabricación de silicio y podría allanar el camino para la integración en hardware de computación comercial para aplicaciones de aprendizaje profundo.

“Con esa clave, y las técnicas de nanofabricación muy poderosas que tenemos en MIT.nano, hemos podido juntar estas piezas y demostrar que estos dispositivos son intrínsecamente muy rápidos y operan con voltajes razonables. Este trabajo ha puesto realmente a estos dispositivos en un punto donde ahora parecen muy prometedores para aplicaciones futuras”, dijo el autor principal Jesús A. del Alamo, profesor Donner en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) del MIT.

“El mecanismo de funcionamiento del dispositivo es la inserción electroquímica del ion más pequeño, el protón, en un óxido aislante para modular su conductividad electrónica. Debido a que estamos trabajando con dispositivos muy delgados, pudimos acelerar el movimiento de este ion utilizando un campo eléctrico fuerte, y empujar estos dispositivos iónicos al régimen de operación de nanosegundos”, explicó el autor principal Bilge Yildiz, profesor Breene M. Kerr en los departamentos de Ciencia e Ingeniería Nuclear y Ciencia e Ingeniería de Materiales.

“El potencial de acción en las células biológicas sube y baja con una escala de tiempo de milisegundos ya que la diferencia de voltaje de aproximadamente 0.1 voltios está limitada por la estabilidad del agua”, dijo el autor principal Ju Li, profesor de la Alianza Energética Battelle de Ciencia e Ingeniería Nuclear y profesor de ciencia e ingeniería de materiales. “Aquí aplicamos hasta 10 voltios a través de una película de vidrio sólido especial de grosor a escala nanométrica que conduce protones, sin dañarla permanentemente. Y cuanto más fuerte es el campo, más rápido son los dispositivos iónicos”, agregó.

Los mencionados resistores programables aumentan significativamente la velocidad a la que se entrena una red neuronal, mientras que reducen considerablemente el costo y la energía para llevar a cabo el entrenamiento.

El último desarrollo podría ayudar a los científicos a desarrollar modelos de aprendizaje profundo mucho más rápido, que luego podrían aplicarse en usos como coches autónomos, detección de fraudes y análisis de imágenes médicas.

“Una vez que tengas un procesador analógico, ya no estarás entrenando redes en las que todos los demás están trabajando. Estarás entrenando redes con complejidades sin precedentes que nadie más puede permitirse, y por lo tanto superarlas a todas. En otras palabras, esto no es un coche más rápido, esto es una nave espacial”, añade el autor principal y postdoctorado del MIT Murat Onen.

Los hallazgos de la investigación fueron publicados en la revista ‘Science’.