Científicos chinos han desarrollado un nuevo chip con una particularidad: es analógico, lo que significa que realiza cálculos en sus propios circuitos físicos en lugar de hacerlo mediante los 1 y 0 binarios de los procesadores digitales estándar.
Es más, sus creadores afirman que el nuevo chip es capaz de superar a las unidades de procesamiento gráfico (GPU) de gama alta de Nvidia y AMD hasta en 1.000 veces.
En un nuevo estudio publicado el 13 de octubre en la revista Nature Electronics, investigadores de la Universidad de Pekín afirmaron que su dispositivo abordó dos cuellos de botella clave: las limitaciones de energía y datos que enfrentan los chips digitales en campos emergentes como la inteligencia artificial (IA) y el 6G, y el “problema centenario” de la escasa precisión y la falta de practicidad que ha limitado la computación analógica. Cuando se puso a trabajar en problemas de comunicaciones complejos —incluidos los problemas de inversión de matrices utilizados en sistemas MIMO masivos (un sistema tecnológico inalámbrico)— el chip igualó la precisión de los procesadores digitales estándar utilizando aproximadamente 100 veces menos energía.
Tras realizar ajustes, los investigadores afirmaron que el dispositivo superó con creces el rendimiento de las GPU de gama alta como la Nvidia H100 y la AMD Vega 20, hasta en 1000 veces. Ambos chips son fundamentales en el entrenamiento de modelos de IA; la Nvidia H100, por ejemplo, es la versión más reciente de las tarjetas gráficas A100, que OpenAI utilizó para entrenar ChatGPT.
El nuevo dispositivo está construido a partir de matrices de celdas de memoria de acceso aleatorio resistiva (RRAM) que almacenan y procesan datos ajustando la facilidad con que la electricidad fluye a través de cada celda. A diferencia de los procesadores digitales, que realizan cálculos con unos y ceros binarios, el diseño analógico procesa la información como corrientes eléctricas continuas a través de su red de celdas RRAM. Al procesar los datos directamente en su propio hardware, el chip evita la tarea de alto consumo energético que supone transferir información entre sí mismo y una fuente de memoria externa.
“Con el auge de las aplicaciones que utilizan grandes cantidades de datos, surge un desafío para las computadoras digitales, sobre todo porque la escalabilidad de los dispositivos tradicionales se vuelve cada vez más compleja”, afirmaron los investigadores en el estudio. “Las pruebas comparativas demuestran que nuestro enfoque de computación analógica podría ofrecer un rendimiento 1000 veces superior y una eficiencia energética 100 veces mejor que los procesadores digitales de última generación con la misma precisión”.
Tecnología antigua, trucos nuevos
La computación analógica no es nueva; de hecho, es todo lo contrario. Se estima que el mecanismo de Anticitera, descubierto frente a la costa de Grecia en 1901, fue construido hace más de 2000 años. Utilizaba engranajes entrelazados para realizar cálculos.
Sin embargo, durante la mayor parte de la historia de la informática moderna, la tecnología analógica se ha considerado una alternativa poco práctica a los procesadores digitales. Esto se debe a que los sistemas analógicos dependen de señales físicas continuas para procesar información, como por ejemplo, un voltaje o una corriente eléctrica. Estas señales son mucho más difíciles de controlar con precisión que los dos estados estables (1 y 0) con los que trabajan las computadoras digitales.
La principal ventaja de los sistemas analógicos reside en su velocidad y eficiencia. Al no necesitar descomponer los cálculos en largas cadenas de código binario —sino representándolos como operaciones físicas en los circuitos del chip—, los chips analógicos pueden procesar grandes volúmenes de información simultáneamente consumiendo mucha menos energía.
Esto cobra especial relevancia en aplicaciones que consumen muchos datos y energía, como la IA, donde los procesadores digitales se enfrentan a limitaciones en la cantidad de información que pueden procesar secuencialmente, así como en las futuras comunicaciones 6G, donde las redes tendrán que procesar enormes volúmenes de señales inalámbricas superpuestas en tiempo real. Los investigadores afirmaron que los recientes avances en hardware de memoria podrían volver a hacer viable la computación analógica. El equipo configuró las celdas RRAM del chip en dos circuitos: uno que proporcionaba un cálculo rápido pero aproximado, y un segundo que refinaba y ajustaba el resultado en iteraciones sucesivas hasta obtener un valor más preciso.
Esta configuración del chip permitió al equipo combinar la velocidad del cálculo analógico con la precisión propia del procesamiento digital. Fundamentalmente, el chip se fabricó mediante un proceso de producción comercial, lo que significa que potencialmente podría producirse en masa.
Los investigadores afirmaron que futuras mejoras en los circuitos del chip podrían aumentar aún más su rendimiento. Su próximo objetivo es construir chips más grandes y totalmente integrados, capaces de resolver problemas más complejos a mayor velocidad.
Fuente: Live Science.
