Un team di ricercatori di IBM a San Jose, California, ha sviluppato un innovativo chip per computer ispirato al funzionamento del cervello umano, promettendo di rivoluzionare l’intelligenza artificiale (IA) grazie a prestazioni superiori e un consumo energetico notevolmente ridotto. Il chip, denominato NorthPole, supera la necessità di accesso frequente alla memoria esterna, rendendo più rapidi e meno energetici processi come il riconoscimento di immagini.
Damien Querlioz, un ricercatore in nanoelettronica all’Università di Paris-Saclay a Palaiseau, ha descritto l’efficienza energetica del chip come “sbalorditiva“. Il lavoro, pubblicato su Science, dimostra che è possibile integrare su larga scala calcolo e memoria, e potrebbe portare a un ripensamento radicale dell’architettura dei computer.
Il chip NorthPole è progettato per eseguire reti neurali, strutture composte da multipli strati di unità computazionali semplici, programmate per riconoscere schemi nei dati. Questa struttura multi-strato consente a ciascun livello di rilevare pattern di crescente complessità, fornendo un output finale che può, ad esempio, esprimere la probabilità che un’immagine contenga un gatto, un’auto o altri oggetti.
Superare il collo di bottiglia di Von Neumann
Un problema significativo nell’architettura dei computer è il cosiddetto collo di bottiglia di Von Neumann. Questo fenomeno, così chiamato dal matematico John von Neumann che per primo concepì l’architettura standard dei computer, descrive l’inefficienza derivante dal costante trasferimento di dati tra l’unità di elaborazione e la memoria.
NorthPole affronta questo problema con un approccio innovativo: il chip è composto da 256 unità di calcolo, o core, ciascuno dei quali contiene la propria memoria. In questo modo, si mitiga il collo di bottiglia di Von Neumann all’interno di ogni singolo core.
L’architettura di NorthPole è ispirata alle connessioni tra le varie parti della corteccia cerebrale umana. Questo e altri principi di progettazione, molti dei quali già esistenti ma mai combinati in un unico chip, permettono a NorthPole di superare di gran lunga le macchine di IA esistenti nei test standard di riconoscimento delle immagini, utilizzando solo un quinto dell’energia dei chip di IA più avanzati.
Il futuro dell’architettura dei chip
Pur essendo un enorme passo avanti, NorthPole ha ancora alcune limitazioni. Ad esempio, i suoi 224 megabyte di RAM non sono sufficienti per modelli linguistici di grandi dimensioni, come quelli utilizzati da chatbot come ChatGPT, che richiedono diversi migliaia di megabyte di dati anche nelle loro versioni più essenziali. Inoltre, il chip può eseguire solo reti neurali pre-programmate che necessitano di essere ‘addestrate’ in anticipo su una macchina separata.
Nonostante queste limitazioni, l’architettura di NorthPole potrebbe rivelarsi utile in applicazioni in cui la velocità è fondamentale, come le auto a guida autonoma.
La ricerca nel campo dei chip per l’intelligenza artificiale non si ferma a NorthPole. Altri ricercatori stanno sviluppando nuove soluzioni ancora più radicali, utilizzando nuovi materiali e processi di produzione che permettono alle unità di memoria di eseguire calcoli, potenziando ulteriormente velocità ed efficienza.
La strada per il futuro dell’architettura dei chip è ancora lunga e ricca di sfide, ma i progressi fatti finora promettono di portare a una rivoluzione nel campo dell’intelligenza artificiale.
Fonte (DOI): https://doi.org/10.1038/d41586-023-03267-0
