Los semiconductores aceleran la revolución de la inteligencia artificial

Por Ajit Manocha, Pushkar Apte y Melissa Grupen-Shemansky

Hace cinco años, SEMI publicó un artículo prediciendo que la Inteligencia Artificial (IA) lo cambiaría todo, ¡y así ha sido! La IA salió de los laboratorios y arrasó en la imaginación popular. Ahora es un tema candente de discusión en todas partes, desde las mesas de comedor familiares y las salas de juntas corporativas hasta los pasillos del gobierno.

Si bien puede parecer el colmo de un ciclo de exageración para la IA, creemos que la tecnología apenas ha comenzado a afianzarse. Imagínese si pudiéramos predecir la trayectoria precisa de un huracán o un tornado con suficiente antelación para sacar a las personas de peligro. Imagínese si pudiéramos detectar y prevenir incendios forestales y evitar los estragos que causan en el planeta. Imagínese si pudiéramos detener la próxima pandemia en seco para que no paralice al mundo durante tres años y mate a millones de personas como lo ha hecho el COVID-19. Creemos que la IA podría ayudar a hacer realidad ese futuro y más.

Mientras todo el mundo observa y se maravilla con la IA como si fuera un coche de carreras sobrealimentado, lo que a menudo se pasa por alto es el motor semiconductor bajo el capó. Si bien el concepto de IA tiene medio siglo de antigüedad, el desarrollo de la tecnología se ha acelerado rápidamente durante la última década, principalmente debido a los sorprendentes avances en los chips semiconductores. ¿Por qué? Los algoritmos de IA funcionan procesando enormes cantidades de datos y entrenándolos para reconocer patrones, por ejemplo, una imagen o una secuencia de palabras. Pero la IA es tan buena como los datos que recibe. Depende fundamentalmente de la cantidad y calidad de los datos y de la rapidez con la que se puedan procesar y analizar.

Impulsados ​​por la Ley de Moore y el ritmo feroz de la innovación, los chips semiconductores han permitido detectar, almacenar, comunicar y procesar una cantidad sin precedentes de datos a velocidades increíbles. Este motor mejorado impulsa el auto de carreras de IA a velocidades aún más altas.

Muchos tipos de chips semiconductores se combinan para permitir la IA. Los dispositivos de Internet de las cosas (IoT), que ahora suman más de 15 mil millones, detectan datos del mundo físico. Los dispositivos de IoT suelen ser la fuente de grandes conjuntos de datos que se incorporan a los algoritmos de IA, especialmente en aplicaciones industriales. Luego, los chips de comunicación de alto ancho de banda transmiten estos datos de forma inalámbrica a través de redes 5G/6G o mediante cables de fibra óptica de alta capacidad, con anchos de banda de hasta 100 Gbps. Los dispositivos de memoria de estado sólido almacenan estos datos, comprimiendo gigabits de datos en un solo chip o paquete. Los chips de administración de energía distribuyen y administran la entrega eficiente de energía a miles de millones de dispositivos mientras optimizan el consumo de energía. Por último, pero no menos importante, los chips de procesador ejecutan algoritmos de IA analizando estos datos a velocidades de hasta 100 mil millones de instrucciones por segundo.

Este progreso a menudo se da por sentado, pero vale la pena reflexionar un momento para apreciar las innumerables innovaciones en semiconductores que lo han hecho posible.

Mantener este ritmo vertiginoso de innovación se ha vuelto cada vez más difícil a medida que la Ley de Moore se ha desacelerado y la I+D se ha vuelto muy costosa. La industria de los semiconductores gasta ~17% de sus ingresos en I+D (quizás más que cualquier otra industria) o la asombrosa cifra de 100 mil millones de dólares al año. Creemos que el camino a seguir es la innovación inteligente. ¿Podemos utilizar la IA para crear un círculo virtuoso? ¿Podemos aprovechar la IA para acelerar el desarrollo de la tecnología de semiconductores y construir mejores chips que puedan ejecutar algoritmos de IA más potentes?

Para ayudar a lograr esto, SEMI lanzó su Iniciativa de datos inteligentes-IA en 2018. Un elemento de este esfuerzo es un proyecto de prueba de concepto (POC) que se ejecuta en Cornell University. Financiado por el Laboratorio de investigación del ejército, el proyecto ha demostrado un modelo de IA que predice los patrones precisos del chip: cuanto más pequeñas y precisas sean las características, mayor será el rendimiento del chip. Paralelamente, SEMI formó el consejo asesor de la industria (IAC) de Smart Data-AI para avanzar en el estado del arte y guiar el esfuerzo de POC. Ahora estamos a punto de lanzar la siguiente fase del proyecto con el ambicioso objetivo de crear un entorno de innovación virtual con gemelos digitales de procesos para ayudar a impulsar los avances en semiconductores.

Hasta donde sabemos, este es el primer proyecto POC de este tipo que involucra a múltiples empresas de todo el ecosistema junto con el mundo académico y el gobierno. Reunir entidades tan diversas es un gran desafío, pero esta es la principal fortaleza de SEMI: desarrollar dichas plataformas para ayudar a hacer avanzar la industria con el mantra de SEMI de "Conectar, colaborar e innovar".

Hay mucho en juego en términos económicos. Dado que la IA es ahora omnipresente, las proyecciones muestran que agregará varios billones de dólares en todas las industrias, con McKinsey & Company Un análisis proyecta un valor de 4.4 billones de dólares sólo para la IA generativa. La propia industria mundial de semiconductores está en camino de duplicar sus ingresos en aproximadamente los próximos siete años hasta alcanzar el billón de dólares.

El mercado está empezando a apreciar la contribución de las empresas de semiconductores. Por ejemplo, Nvidia, el fabricante de unidades de procesamiento gráfico (GPU) utilizadas ampliamente para ejecutar algoritmos de inteligencia artificial, se convirtió en la primera empresa de chips valorada en más de 1 billón de dólares con ingresos de 27 mil millones de dólares, lo que genera una impresionante relación precio-beneficio de 90! Paralelamente, el impulso empresarial para buscar nuevas soluciones de hardware creativas continúa creciendo rápidamente con cientos de empresas emergentes bien financiadas que ya están en el mercado.

Sin embargo, el crecimiento continuo en este camino innovador no se producirá en piloto automático y requerirá una acción proactiva. SEMI está impulsando precisamente este tipo de acciones de acuerdo con su papel fundamental como asociación global de la industria electrónica que representa a más de 3,000 empresas en todo el mundo a lo largo de toda la cadena de valor. Desde que se publicó la predicción hace cinco años, SEMI ha recorrido el camino, comenzando con el lanzamiento de cuatro programas en toda la industria. Iniciativas inteligentes para Data-AI, Fabricación, Movilidad y MedTech en 2018. A continuación se detallan algunas actividades multifacéticas que SEMI está impulsando para Data-AI:

• Formar una comunidad industrial, el IAC Smart Data-AI que abarca todo el ecosistema de semiconductores y se centra en avanzar en la vanguardia de Data-AI.
• Avanzar en el intercambio de conocimientos sobre Data-AI a través de numerosas conferencias técnicas, talleres y SEMICONs globales.
• Impulsando proyectos de prueba de concepto que reúnan a investigadores de la industria, la academia y el gobierno de manera significativa.
• Garantizar el acceso al talento a través de un programa integral de desarrollo de la fuerza laboral para aumentar la reserva de talentos, con un enfoque especial en las comunidades desatendidas para fomentar la diversidad, la equidad y la inclusión.
• Capacitar a la fuerza laboral existente a Universidad SEMI, que ofrece cursos centrados en IA para ayudar a los profesionales de semiconductores a ponerse al día con las técnicas de IA y cursos de introducción a semiconductores para ayudar a los profesionales de IA de datos a comprender los conceptos básicos de la tecnología.
• Impulsando la sostenibilidad a través de varios proyectos de I+D en una cartera de 25 millones de dólares gestionada por SEMI Technology Communities para investigar tecnologías de bajo consumo de energía que podrían reducir significativamente el consumo de energía en el futuro. Los algoritmos de IA suelen consumir mucha energía debido a las inmensas cantidades de datos que deben procesar, y las técnicas para mitigar este consumo de energía son cruciales para el crecimiento sostenible de las capacidades de IA.
• Superar posibles obstáculos a la innovación abordando las principales preocupaciones de la industria, por ejemplo, formas de compartir datos de forma segura entre empresas y fronteras nacionales. Estamos desarrollando metodologías y estándares de datos, aprovechando nuestra experiencia en la creación de más de 1,000 estándares que SEMI ya ha implementado.
• Compartiendo las mejores prácticas tanto dentro como entre industrias. El IAC Smart Data-AI ha estado trabajando en conjunto durante tres años, compartiendo lo que es efectivo y lo que no en la implementación de proyectos de IA e identificando oportunidades de mejora. También estamos explorando sinergias con otras industrias como la atención médica a través de la iniciativa Smart MedTech. Por ejemplo, las técnicas de fabricación e investigación de semiconductores mejoradas con IA pueden ayudar a las industrias de la salud, mientras que su liderazgo en gestión de datos y protocolos de ciberseguridad puede beneficiar a la industria de los semiconductores.
• Proporcionar liderazgo intelectual y administración tecnológica sobre el futuro de la informática. uniendo a las mentes más brillantes en eventos y seminarios web de la iniciativa Smart Data-AI, así como en sesiones en exposiciones y conferencias SEMI.
• Anticipar disrupciones como la computación cuántica, lo que podría cambiar las reglas del juego, pero actualmente se limita a aplicaciones de nicho. ¿Qué pasaría si los ordenadores cuánticos que hoy requieren una refrigeración compleja y ocupan habitaciones enteras pudieran caber algún día en la palma de nuestras manos? Vale la pena recordar que las computadoras centrales del siglo pasado que ocupaban una habitación ahora están en nuestras manos como teléfonos celulares, ¡funcionando 10,000 veces más rápido!

El coche de carreras con IA ha tenido un viaje apasionante durante la última década, desde el reconocimiento de patrones hasta las herramientas de IA generativa actuales, como GPT4 y Bard. Creemos que lo mejor está por llegar para la IA, pero aún queda mucho trabajo por hacer para aprovechar todo su potencial como herramienta poderosa y transformadora. El uso seguro y eficaz de la IA podría respaldar el camino hacia un futuro para todos con mejor salud, prosperidad y calidad de vida, y SEMI está trabajando diligentemente para hacer realidad este futuro de manera responsable y equitativa.

Debemos colaborar para aprender a conducir el coche de carreras con IA de forma segura y tal vez potenciarlo en el futuro con tecnología cuántica. Lo invitamos a unirse a nosotros en este emocionante viaje: obtener actualizaciones sobre la iniciativa Smart Data-AI o póngase en contacto Puskar Apte de SEMI para involucrarse.

Pushkar Apte es asesor tecnológico estratégico y líder de la Iniciativa SEMI Smart Data-AI.

Melissa Grupen-Shemansky es directora de tecnología de SEMI.