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O impacto do ChatGPT vai além do setor educacional e está causando mudanças significativas em outras áreas. O modelo de linguagem AI é reconhecido por sua capacidade de executar várias tarefas, incluindo redação de papel, tradução, codificação e muito mais, tudo por meio de interações baseadas em perguntas e respostas. O sistema de IA depende de aprendizado profundo, que requer treinamento extensivo para minimizar erros, resultando em transferências frequentes de dados entre a memória e os processadores. No entanto, a arquitetura von Neumann dos sistemas de computadores digitais tradicionais separa o armazenamento e a computação de informações, resultando em maior consumo de energia e atrasos significativos nos cálculos de IA. Os pesquisadores desenvolveram tecnologias de semicondutores adequadas para aplicações de IA para enfrentar esse desafio.
Uma equipe de pesquisa da POSTECH, liderada pelo Professor Yoonyoung Chung (Departamento de Engenharia Elétrica, Departamento de Engenharia de Semicondutores), Professor Seyoung Kim (Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, Departamento de Engenharia de Semicondutores) e Ph.D. O candidato Seongmin Park (Departamento de Engenharia Elétrica) desenvolveu um dispositivo semicondutor de IA de alto desempenho usando óxido de zinco e gálio de índio (IGZO), um semicondutor de óxido amplamente usado em telas OLED. O novo dispositivo provou ser excelente em termos de desempenho e eficiência energética.
Operações eficientes de IA, como as do ChatGPT, exigem que os cálculos ocorram na memória responsável pelo armazenamento das informações. Infelizmente, as tecnologias anteriores de semicondutores de IA eram limitadas em atender a todos os requisitos, como programação linear e simétrica e uniformidade, para melhorar a precisão da IA.
A equipe de pesquisa buscou o IGZO como um material essencial para cálculos de IA que poderia ser produzido em massa e fornecer uniformidade, durabilidade e precisão de computação. Este composto compreende quatro átomos em uma proporção fixa de índio, gálio, zinco e oxigênio e possui excelente mobilidade de elétrons e propriedades de corrente de fuga, que o tornaram um backplane do display OLED.
Usando esse material, os pesquisadores desenvolveram um novo dispositivo de sinapse composto por dois transistores interligados por meio de um nó de armazenamento. O controle preciso da velocidade de carga e descarga deste nó permitiu que o semicondutor AI atendesse às diversas métricas de desempenho necessárias para um desempenho de alto nível. Além disso, a aplicação de dispositivos sinápticos a um sistema de IA de larga escala requer que a corrente de saída dos dispositivos sinápticos seja minimizada. Os pesquisadores confirmaram a possibilidade de utilizar os isoladores de filme ultrafino dentro dos transistores para controlar a corrente, tornando-os adequados para IA em larga escala.
Os pesquisadores usaram o dispositivo sináptico recém-desenvolvido para treinar e classificar dados manuscritos, alcançando uma alta precisão de mais de 98%, o que verifica sua potencial aplicação em sistemas de IA de alta precisão no futuro.
O professor Chung explicou: “O significado da conquista da minha equipe de pesquisa é que superamos as limitações das tecnologias convencionais de semicondutores de IA que se concentravam apenas no desenvolvimento de materiais. Para fazer isso, utilizamos materiais já em produção em massa. Além disso, as características de programação linear e simétrica foram obtido por meio de uma nova estrutura usando dois transistores como um dispositivo sináptico. Portanto, nosso desenvolvimento e aplicação bem-sucedidos dessa nova tecnologia de semicondutores de IA mostram um grande potencial para melhorar a eficiência e a precisão da IA.”
Este estudo foi publicado na semana passada na contracapa da Materiais Eletrônicos Avançados e foi apoiado pelo Programa de Desenvolvimento de Tecnologia de Semicondutores Inteligentes de Próxima Geração por meio da Fundação Nacional de Pesquisa, financiado pelo Ministério da Ciência e TIC da Coréia.
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