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Primeira demonstração de inteligência artificial feita com spintrônica

Primeira demonstração de inteligência artificial com spintrônica
O sistema completo é composto pelo circuito spintrônico propriamente dito (SOT), por uma placa de controle (FPGA) e por um computador que controla a execução do programa (PC).[Imagem: W. A. Borders et al. - 10.1143/APEX.10.013007]

IA com Si

Pesquisadores japoneses fizeram a primeira demonstração prática da convergência de duas tecnologias que, juntas, prometem muito mais do que a soma das duas partes: a spintrônica e a inteligência artificial.

A inteligência artificial, que busca essencialmente emular a função de processamento de informações do cérebro, nasceu e está se desenvolvendo com base na estrutura convencional dos processadores feitos com transistores semicondutores.

No entanto, mesmo as placas gráficas mais avançadas, que se destacam nesse trabalho de processamento, não têm o baixo consumo de energia característico do cérebro humano - e nem são tão compactas.

Para dar esse salto, os engenheiros estão trabalhando na implementação de componentes de estado sólido que desempenham o papel de sinapses artificiais, o que vem sendo feito principalmente com memoristores.

IA com spin

Agora, a equipe do professor Hideo Ohno, da Universidade de Tohoku, desenvolveu uma rede neural artificial completa usando componentes spintrônicos, que usam o spin de átomos em um material magnético em lugar dos fluxos de elétrons dos circuitos eletrônicos convencionais. Cada componente spintrônico consegue memorizar valores arbitrários entre 0 e 1 de uma maneira analógica - e não apenas 0 ou 1, como os componentes digitais.

Isto permite que o circuito desempenhe a função de aprendizagem, que está na base do funcionamento do cérebro e do chamado "treinamento" dos programas de inteligência artificial.

Ao contrário dos programas convencionais, os sistemas de inteligência artificial são muito bons no reconhecimento de padrões, o que permite que eles executem rapidamente tarefas complexas, como reconhecimento de imagens e vozes, previsão do tempo e os mais diversos tipos de simulações computadorizadas.

Primeira demonstração de inteligência artificial com spintrônica
Microfotografia da sinapse artificial spintrônica (esquerda), gráfico mostrando os múltiplos valores entre 0 e 1 (centro) e foto do dispositivo (direita). [Imagem: W. A. Borders et al. - 10.1143/APEX.10.013007]

Memória associativa

O sistema completo é composto pelo circuito spintrônico propriamente dito, por uma placa de controle e por um computador que comanda a execução do programa.

Usando esta rede implementada em hardware, a equipe executou operações de memória associativa, que não são facilmente executadas pelos computadores convencionais.

Repetindo várias vezes os testes, eles confirmaram que os dispositivos spintrônicos têm uma capacidade de aprendizagem que a rede neural artificial usa para associar os padrões memorizados, que chegam ao dispositivo na forma de entradas desorganizadas e intencionalmente cheias de ruídos.

A equipe afirma que esta demonstração de uma rede neural em hardware baseada na spintrônica deverá abrir novos horizontes na tecnologia de inteligência artificial - em termos de velocidade de processamento, capacidade melhorada de aprendizagem, baixo consumo de energia e miniaturização.

Bibliografia:

Analogue spin-orbit torque device for artificial neural network based associative memory operation
William A. Borders, Hisanao Akima, Shunsuke Fukami, Satoshi Moriya, Shouta Kurihara, Yoshihiko Horio, Shigeo Sato, Hideo Ohno
Applied Physics Express
Vol.: Accepted paper
DOI: 10.1143/APEX.10.013007




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