Halbleiter beschleunigen die Revolution der künstlichen Intelligenz

Von Ajit Manocha, Pushkar Apte und Melissa Grupen-Shemansky

Vor fünf Jahren veröffentlichte SEMI eine Artikel prophezeien, dass Künstliche Intelligenz (KI) alles verändern würde – und das hat sie auch! KI hat die Labore verlassen und die Fantasie der Bevölkerung im Sturm erobert. Mittlerweile ist es überall ein heißes Diskussionsthema, von Familienesstischen und Vorstandsetagen bis hin zu Regierungskorridoren.

Auch wenn es wie der Höhepunkt eines Hype-Zyklus für KI erscheinen mag, glauben wir, dass die Technologie gerade erst begonnen hat, sich durchzusetzen. Stellen Sie sich vor, wir könnten den genauen Weg eines Hurrikans oder Tornados früh genug vorhersagen, um Menschen aus der Gefahrenzone zu bringen. Stellen Sie sich vor, wir könnten Waldbrände erkennen und verhindern und die Verwüstung, die sie auf dem Planeten anrichten, verhindern. Stellen Sie sich vor, wir könnten die nächste Pandemie im Keim ersticken, damit sie die Welt nicht drei Jahre lang lahmlegt und Millionen von Menschen tötet, wie es COVID-19 getan hat. Wir glauben, dass KI dazu beitragen könnte, eine solche Zukunft zu verwirklichen, und noch mehr.

Während alle die KI beobachten und bestaunen, als wären sie ein aufgeladener Rennwagen, wird oft der Halbleitermotor unter der Haube übersehen. Obwohl das Konzept der KI ein halbes Jahrhundert alt ist, hat sich die Entwicklung der Technologie im letzten Jahrzehnt rasant beschleunigt, was vor allem auf erstaunliche Fortschritte bei Halbleiterchips zurückzuführen ist. Warum? KI-Algorithmen verarbeiten riesige Datenmengen und werden darauf trainiert, Muster zu erkennen – zum Beispiel ein Bild oder eine Wortfolge. Aber KI ist nur so gut wie die Daten, mit denen sie gefüttert wird. Dabei kommt es entscheidend auf die Menge und Qualität der Daten an und darauf, wie schnell diese Daten verarbeitet und analysiert werden können.

Angetrieben durch das Mooresche Gesetz und das rasante Innovationstempo haben Halbleiterchips die Erfassung, Speicherung, Kommunikation und Verarbeitung einer beispiellosen Datenmenge mit unglaublicher Geschwindigkeit ermöglicht. Dieser aufgemotzte Motor treibt den KI-Rennwagen zu noch höheren Geschwindigkeiten.

Viele Arten von Halbleiterchips kommen zusammen, um KI zu ermöglichen. Geräte für das Internet der Dinge (IoT), von denen es mittlerweile mehr als 15 Milliarden gibt, erfassen Daten aus der physischen Welt. IoT-Geräte sind in der Regel die Quelle großer Datensätze, die in KI-Algorithmen eingespeist werden, insbesondere in industriellen Anwendungen. Kommunikationschips mit hoher Bandbreite übertragen diese Daten dann entweder drahtlos über 5G/6G-Netzwerke oder über Hochleistungs-Glasfaserkabel mit Bandbreiten von bis zu 100 Gbit/s. Solid-State-Speichergeräte speichern diese Daten und quetschen Gigabits an Daten in einen einzigen Chip oder ein einziges Gehäuse. Power-Management-Chips verteilen und verwalten die effiziente Stromversorgung an Milliarden von Geräten und optimieren gleichzeitig den Stromverbrauch. Zu guter Letzt führen Prozessorchips die KI-Algorithmen aus, indem sie diese Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Milliarden Anweisungen pro Sekunde analysieren!

Dieser Fortschritt wird oft als selbstverständlich angesehen, aber es lohnt sich, einen Moment darüber nachzudenken, um die unzähligen Halbleiterinnovationen zu würdigen, die dies möglich gemacht haben.

Dieses rasante Innovationstempo aufrechtzuerhalten, wird immer schwieriger, da sich das Mooresche Gesetz verlangsamt und Forschung und Entwicklung sehr teuer geworden sind. Die Halbleiterindustrie gibt etwa 17 % ihres Umsatzes für Forschung und Entwicklung aus – vielleicht mehr als jede andere Branche – oder unglaubliche 100 Milliarden US-Dollar pro Jahr. Wir glauben, dass der Weg nach vorne in intelligenter Innovation liegt. Können wir KI nutzen, um einen positiven Kreislauf zu schaffen? Können wir KI nutzen, um die Entwicklung der Halbleitertechnologie zu beschleunigen und bessere Chips zu bauen, die leistungsfähigere KI-Algorithmen ausführen können?

Um dies zu erreichen, hat SEMI seine Initiative ins Leben gerufen Smart Data-AI-Initiative im Jahr 2018. Ein Element dieser Bemühungen ist ein Proof-of-Concept (POC)-Projekt, das bei durchgeführt wird Cornell University. Gefördert durch die Forschungslabor der ArmeeDas Projekt hat ein KI-Modell demonstriert, das die präzisen Mustermerkmale auf dem Chip vorhersagt – je kleiner und präziser die Merkmale, desto höher die Chipleistung. Parallel dazu gründete SEMI den Smart Data-AI Industry Advisory Council (IAC), um den Stand der Technik voranzutreiben und die POC-Bemühungen zu leiten. Wir stehen nun kurz vor dem Start der nächsten Phase des Projekts mit dem ehrgeizigen Ziel, eine virtuelle Innovationsumgebung mit digitalen Zwillingen von Prozessen zu schaffen, um den Fortschritt im Halbleiterbereich voranzutreiben.

Unseres Wissens ist dies das erste POC-Projekt dieser Art, an dem mehrere Unternehmen aus dem gesamten Ökosystem sowie Wissenschaft und Regierung beteiligt sind. Derart unterschiedliche Einheiten zusammenzubringen ist äußerst herausfordernd, doch darin liegt die Kernstärke von SEMI: solche Plattformen zu entwickeln, um die Branche mit dem SEMI-Mantra „Verbinden, zusammenarbeiten und innovieren“ voranzubringen.

Der wirtschaftliche Einsatz ist hoch. Da KI mittlerweile allgegenwärtig ist, gehen Prognosen davon aus, dass sie branchenübergreifend mehrere Billionen Dollar einbringen wird McKinsey & Company Die Analyse geht davon aus, dass allein die generative KI einen Wert von 4.4 Billionen US-Dollar haben wird. Die globale Halbleiterindustrie selbst ist auf dem Weg, ihren Umsatz in den nächsten sieben Jahren auf 1 Billion US-Dollar zu verdoppeln.

Der Markt beginnt, den Beitrag der Halbleiterunternehmen zu schätzen. Beispielsweise wurde Nvidia, der Hersteller von Grafikprozessoren (GPUs), die in großem Umfang zur Ausführung von KI-Algorithmen eingesetzt werden, als erstes Chipunternehmen mit einem Wert von über 1 Billion US-Dollar und einem Umsatz von 27 Milliarden US-Dollar bewertet, was zu einem beeindruckenden Kurs-Gewinn-Verhältnis von führt 90! Parallel dazu nimmt der unternehmerische Drang nach kreativen neuen Hardwarelösungen weiterhin rasant zu, und mittlerweile sind Hunderte gut finanzierte Start-ups auf dem Markt.

Das weitere Wachstum auf diesem innovativen Weg wird jedoch nicht auf Autopilot erfolgen und erfordert proaktives Handeln. SEMI treibt genau solche Maßnahmen voran, im Einklang mit seiner zentralen Rolle als globaler Verband der Elektronikindustrie, der mehr als 3,000 Unternehmen weltweit entlang der gesamten Wertschöpfungskette vertritt. Seit der Veröffentlichung der Vorhersage vor fünf Jahren hat SEMI den Weg geebnet – beginnend mit der Einführung von vier branchenweiten Intelligente Initiativen für Daten-KI, Fertigung, Mobilität und Medizintechnik im Jahr 2018. Im Folgenden sind einige vielfältige Aktivitäten aufgeführt, die SEMI für Daten-KI vorantreibt:

• Bildung einer Branchengemeinschaft, das Smart Data-AI IAC, das das gesamte Halbleiter-Ökosystem abdeckt und sich auf die Weiterentwicklung des Stands der Technik für Daten-KI konzentriert.
• Den Wissensaustausch vorantreiben zum Thema Daten-KI durch zahlreiche technische Konferenzen, Workshops und globale SEMICONs.
• Wir treiben Proof-of-Concept-Projekte voran die Industrie, Wissenschaft und staatliche Forscher auf sinnvolle Weise zusammenbringen.
• Sicherstellung des Zugangs zu Talenten durch ein umfassendes Personalentwicklungsprogramm zur Erweiterung der Talentpipeline, mit besonderem Schwerpunkt auf unterversorgten Gemeinschaften, um Vielfalt, Gerechtigkeit und Inklusion zu fördern.
• Schulung der vorhandenen Belegschaft bis SEMI-Universität, das KI-orientierte Kurse anbietet, um Halbleiterfachleuten dabei zu helfen, sich mit KI-Techniken vertraut zu machen, sowie Einführungskurse in die Halbleiterbranche, um Daten-KI-Fachleuten dabei zu helfen, die Grundlagen der Technologie zu verstehen.
• Nachhaltigkeit vorantreiben durch mehrere Forschungs- und Entwicklungsprojekte in einem 25-Millionen-Dollar-Portfolio, das von SEMI Technology Communities verwaltet wird, um Technologien mit geringem Stromverbrauch zu erforschen, die den Energieverbrauch in Zukunft erheblich senken könnten. KI-Algorithmen sind aufgrund der immensen Datenmengen, die sie verarbeiten müssen, in der Regel stromhungrig, und Techniken zur Reduzierung dieses Energieverbrauchs sind für das nachhaltige Wachstum der KI-Fähigkeiten von entscheidender Bedeutung.
• Überwindung potenzieller Hindernisse Förderung von Innovationen, indem wichtige Anliegen der Branche angegangen werden – zum Beispiel Möglichkeiten, Daten sicher über Unternehmens- und Landesgrenzen hinweg auszutauschen. Wir entwickeln Methoden und Datenstandards, aufbauend auf unserer Erfahrung bei der Erstellung von mehr als 1,000 Standards, die SEMI bereits implementiert hat.
• Austausch von Best Practices sowohl innerhalb als auch branchenübergreifend. Das Smart Data-AI IAC arbeitet seit drei Jahren zusammen, teilt mit, was bei der Umsetzung von KI-Projekten effektiv ist und was nicht, und identifiziert Verbesserungsmöglichkeiten. Darüber hinaus erkunden wir im Rahmen der Smart MedTech-Initiative Synergien mit anderen Branchen wie dem Gesundheitswesen. Beispielsweise können KI-gestützte Halbleiter-Forschung und -Entwicklung sowie Fertigungstechniken der Gesundheitsbranche helfen, während ihre Führungsrolle bei Datenmanagement und Cybersicherheitsprotokollen der Halbleiterindustrie zugute kommen könnte.
• Bereitstellung von Vordenkern und Technologieverantwortung für die Zukunft der Datenverarbeitung indem wir die klügsten Köpfe bei Veranstaltungen und Webinaren der Smart Data-AI-Initiative sowie bei Sitzungen auf SEMI-Ausstellungen und Konferenzen zusammenbringen.
• Vorwegnahme von Störungen wie Quantencomputing, Das könnte bahnbrechend sein, ist aber derzeit auf Nischenanwendungen beschränkt. Was wäre, wenn Quantencomputer, die heute eine komplexe Kühlung erfordern und ganze Räume einnehmen, eines Tages in unsere Handfläche passen könnten? Es sei daran erinnert, dass Großrechner aus dem letzten Jahrhundert, die einen Raum belegten, heute wie Mobiltelefone in unseren Händen liegen und 10,000 Mal schneller laufen!

Der KI-Rennwagen hat im letzten Jahrzehnt eine aufregende Reise hinter sich, von der Mustererkennung bis zu den heutigen generativen KI-Tools wie GPT4 und Bard. Wir glauben, dass das Beste für die KI noch vor uns liegt, aber es ist noch viel Arbeit nötig, um das volle Potenzial der KI als leistungsstarkes und transformatives Werkzeug auszuschöpfen. Der sichere und effektive Einsatz von KI könnte den Weg in eine Zukunft für alle mit besserer Gesundheit, mehr Wohlstand und Lebensqualität ebnen, und SEMI arbeitet fleißig daran, diese Zukunft verantwortungsvoll und gerecht zu gestalten.

Wir müssen zusammenarbeiten, um zu lernen, wie man den KI-Rennwagen sicher fährt – und ihn vielleicht in Zukunft mit Quantentechnologie aufrüsten kann. Wir laden Sie ein, uns auf dieser spannenden Reise zu begleiten – Updates bekommen zur Smart Data-AI-Initiative oder kontaktieren Sie uns Puskar Apte von SEMI, sich zu engagieren.

Pushkar Apte ist strategischer Technologieberater und Leiter der SEMI Smart Data-AI Initiative.

Melissa Grupen-Shemansky ist CTO bei SEMI.