Fig. 1:Densità di integrazione migliorata:confronto nella densità di integrazione. Credito:Conferenza internazionale sui circuiti a stato solido IEEE
Gli scienziati dell'Università di Osaka hanno costruito un nuovo dispositivo informatico da array di porte programmabili sul campo (FPGA) che possono essere personalizzati dall'utente per la massima efficienza nelle applicazioni di intelligenza artificiale. Rispetto all'hardware ricablabile attualmente utilizzato, il sistema aumenta la densità del circuito di un fattore 12. Inoltre, si prevede di ridurre il consumo di energia dell'80%. Questo progresso può portare a soluzioni flessibili di intelligenza artificiale (AI) che forniscono prestazioni migliorate consumando molta meno elettricità.
L'intelligenza artificiale sta diventando parte della vita quotidiana di quasi tutti i consumatori. App per smartphone di ridesharing come Uber, i filtri antispam di Gmail, e i dispositivi per la casa intelligente come Siri e Nest si basano tutti sull'intelligenza artificiale. Però, l'implementazione di questi algoritmi spesso richiede una grande quantità di potenza di calcolo, il che significa grandi bollette elettriche, così come grandi impronte di carbonio. I sistemi che potrebbero essere ricablati per ottimizzare i circuiti del computer per ogni attività, come il cervello umano, fornirebbero un'efficienza energetica notevolmente migliorata.
Normalmente, pensiamo all'hardware, che include le porte logiche fisiche e i transistor del processore di un computer, come fissato dal produttore. Però, gli array di porte programmabili sul campo sono elementi logici specializzati che possono essere ricablati sul campo dall'utente per applicazioni logiche personalizzate. Il team di ricerca ha utilizzato "switch via" non volatili che rimangono connessi fino a quando l'utente non decide di riconfigurarli. Utilizzando nuovi metodi di nanofabbricazione, sono stati in grado di impacchettare 12 volte più elementi in un layout a "barra trasversale" simile a una griglia. Riducendo la distanza da instradare i segnali elettronici, i dispositivi hanno finito per richiedere l'80% in meno di energia.
Fig. 2:Sezione trasversale di interconnessione dell'FPGA via-switch sviluppato. Credito:Conferenza internazionale sui circuiti a stato solido IEEE
"Il nostro sistema basato su array di porte programmabili sul campo ha un ciclo di progettazione molto veloce. Può essere riprogrammato giornalmente se lo si desidera per ottenere la massima potenza di calcolo per ogni nuova applicazione di intelligenza artificiale, " afferma il primo autore Masanori Hashimoto. L'uso di via-switch elimina anche la necessità dell'area di programmazione del silicio che era necessaria nei precedenti dispositivi FPGA.
"Via-switch FPGA è adatto come piattaforma di implementazione ad alte prestazioni dei più recenti algoritmi di intelligenza artificiale, ", afferma l'autore senior Jaehoon Yu.
L'articolo, "Via-switch FPGA:implementazione CMOS a 65 nm ed estensione dell'architettura per applicazioni AI, " è stato pubblicato nei riassunti tecnici della IEEE International Solid-State Circuits Conference 2020.
