Computador probabilístico começa a virar realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/12/2022

Protótipo do p-computador heterogêneo, construído com bits probabilísticos spintrônicos inseridos em um chip padrão FPGA.
[Imagem: Kerem Camsari et al. (2022)]

p-computadores

Uma equipe dos EUA, Itália e Japão conseguiu pela primeira vez construir uma versão prática de um computador probabilístico, também conhecido como p-computador, uma das grandes promessas para contornar o colapso da Lei de Moore.

O computador é uma versão escalonada do processador probabilístico que a mesma equipe apresentou em 2019.

Um p-computador usa blocos de construção naturalmente aleatórios, chamados bits probabilísticos, ou p-bits. Ao contrário dos bits dos computadores tradicionais, os p-bits não têm um valor específico, eles oscilam entre os valores.

Assim como os computadores quânticos tentam resolver problemas inerentemente quânticos, os p-computadores tentam lidar com algoritmos probabilísticos, amplamente usados em inteligência artificial e aprendizado de máquina. Só que um computador probabilístico funciona em temperatura ambiente e é fabricado com hardware convencional.

Processador probabilístico

A equipe já havia demonstrado que é possível criar p-bits usando componentes spintrônicos conhecidos como "junções magnéticas de tunelamento estocásticas" (sMTJ: stochastic magnetic tunnel junctions), mas apenas em pequena escala.

O escalonamento alcançado agora fundamenta-se em dois progressos alcançados desde então.

O primeiro é que a equipe conseguiu combinar os p-bits spintrônicos em circuitos integrados semicondutores tradicionais, mais especificamente, em FPGAs, que são circuitos integrados programáveis depois de estarem prontos. A combinação "sMTJ + FPGA" permitiu que redes de p-bits muito maiores fossem implementadas em hardware, indo além das demonstrações anteriores em pequena escala.

Em segundo lugar, a emulação probabilística de um algoritmo quântico, a simulação de recozimento quântico (SQA), foi realizada por um p-processador heterogêneo, capaz de resolver problemas complexos de otimização combinatória. Essa simulação confirma a proposição de que a computação probabilística representa uma ponte para a computação quântica.

Comparação do processador probabilístico (P1 e P2) em função da taxa de amostragem e consumo de energia - GPUs plotadas como N1-N4; TPUs plotadas como G1-G2, processador quântico simulado plotado como F1.
[Imagem: Kerem Camsari et al. (2022)]

Comparativo

Para testar seu novo hardware, a equipe realizou comparativos do seu processador probabilístico com processadores tradicionais, incluindo CPUs, GPUs e TPUs (Tensor Processing Unit, um processador especializado em tarefas de IA), concluindo que o processador probabilístico "pode alcançar grandes melhorias no rendimento e no consumo de energia em relação às tecnologias convencionais".

Mas ainda há trabalho a ser feito antes que os p-computadores tornem-se uma alternativa disponível no mercado.

"Atualmente, o p-computador 's-MTJ + FPGA' é um protótipo com componentes discretos," reconhece o professor Shunsuke Fukami, da Universidade de Tohoku. "No futuro, p-computadores integrados que façam uso de tecnologias de memória de acesso aleatório (MRAM) magnetorresistiva compatível com processos semicondutores podem ser possíveis, mas isso exigirá uma abordagem de co-projeto, com especialistas em materiais, física, projeto de circuitos e algoritmos postos para trabalhar em conjunto."

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