I semiconduttori accelerano la rivoluzione dell’intelligenza artificiale

Di Ajit Manocha, Pushkar Apte e Melissa Grupen-Shemansky

Cinque anni fa, SEMI pubblicò un articolo prevedendo che l’intelligenza artificiale (AI) avrebbe cambiato tutto – e così è stato! L’intelligenza artificiale è uscita dai laboratori e ha preso d’assalto l’immaginazione popolare. Ora è un tema caldo di discussione ovunque, dai tavoli da pranzo familiari e dai consigli di amministrazione aziendali ai corridoi del governo.

Sebbene possa sembrare il culmine di un ciclo di hype per l’intelligenza artificiale, riteniamo che la tecnologia abbia appena iniziato a prendere piede. Immagina se potessimo prevedere il percorso preciso di un uragano o di un tornado abbastanza presto da mettere le persone fuori pericolo. Immagina se potessimo rilevare e prevenire gli incendi ed evitare il caos che provocano sul pianeta. Immagina se potessimo fermare la prossima pandemia sul nascere in modo che non paralizzi il mondo per tre anni e uccida milioni di persone come ha fatto il COVID-19. Riteniamo che l’intelligenza artificiale possa contribuire a realizzare questo futuro, e altro ancora.

Mentre tutti guardano e si meravigliano dell'intelligenza artificiale come se fossero un'auto da corsa sovralimentata, ciò che spesso viene trascurato è il motore a semiconduttore sotto il cofano. Sebbene il concetto di intelligenza artificiale abbia mezzo secolo, lo sviluppo della tecnologia ha subito una rapida accelerazione negli ultimi dieci anni, principalmente a causa degli incredibili progressi nei chip semiconduttori. Perché? Gli algoritmi di intelligenza artificiale funzionano elaborando enormi quantità di dati e vengono addestrati a riconoscere modelli, ad esempio un’immagine o una sequenza di parole. Ma l’intelligenza artificiale è valida tanto quanto i dati che fornisce. Dipende in modo critico dalla quantità e dalla qualità dei dati e dalla velocità con cui questi dati possono essere elaborati e analizzati.

Spinti dalla legge di Moore e dal ritmo frenetico dell'innovazione, i chip semiconduttori hanno consentito di rilevare, archiviare, comunicare ed elaborare una quantità senza precedenti di dati a velocità incredibili. Questo motore potenziato spinge l'auto da corsa IA a velocità ancora più elevate.

Molti tipi di chip semiconduttori si uniscono per consentire l’intelligenza artificiale. I dispositivi Internet of Things (IoT), che ora contano più di 15 miliardi, rilevano i dati provenienti dal mondo fisico. I dispositivi IoT sono solitamente la fonte di grandi set di dati inseriti negli algoritmi di intelligenza artificiale, soprattutto nelle applicazioni industriali. I chip di comunicazione ad alta larghezza di banda trasmettono quindi questi dati in modalità wireless attraverso reti 5G/6G o tramite cavi in ​​fibra ottica ad alta capacità, con larghezze di banda fino a 100 Gbps. I dispositivi di memoria a stato solido memorizzano questi dati, comprimendo gigabit di dati in un singolo chip o pacchetto. I chip di gestione dell'alimentazione distribuiscono e gestiscono un'erogazione di energia efficiente a miliardi di dispositivi ottimizzando al tempo stesso il consumo energetico. Ultimo ma non meno importante, i chip del processore eseguono gli algoritmi AI analizzando questi dati a velocità fino a 100 miliardi di istruzioni al secondo!

Questo progresso è spesso dato per scontato, ma vale la pena riflettere per apprezzare le innumerevoli innovazioni nel campo dei semiconduttori che lo hanno reso possibile.

Mantenere questo ritmo vertiginoso di innovazione è diventato sempre più impegnativo poiché la Legge di Moore ha rallentato e la ricerca e sviluppo è diventata molto costosa. L’industria dei semiconduttori spende circa il 17% dei ricavi in ​​ricerca e sviluppo – forse più di qualsiasi altro settore – ovvero la cifra sbalorditiva di 100 miliardi di dollari all’anno. Crediamo che la strada da seguire sia l’innovazione intelligente. Possiamo usare l’intelligenza artificiale per creare un circolo virtuoso? Possiamo sfruttare l’intelligenza artificiale per accelerare lo sviluppo della tecnologia dei semiconduttori per costruire chip migliori in grado di eseguire algoritmi IA più potenti?

Per contribuire a raggiungere questo obiettivo, SEMI ha lanciato il suo Iniziativa Smart Data-AI nel 2018. Un elemento di questo impegno è un progetto proof-of-concept (POC) in corso di esecuzione presso Cornell University. Finanziato dal Laboratorio di ricerca dell'esercito, il progetto ha dimostrato un modello di intelligenza artificiale che prevede le precise caratteristiche modellate sul chip: più piccole e precise sono le caratteristiche, maggiori sono le prestazioni del chip. Parallelamente, SEMI ha formato il consiglio consultivo del settore Smart Data-AI (IAC) per far avanzare lo stato dell’arte e guidare l’impegno del POC. Stiamo per lanciare la fase successiva del progetto con l’ambizioso obiettivo di creare un ambiente di innovazione virtuale con gemelli digitali di processi per favorire il progresso dei semiconduttori.

Per quanto ne sappiamo, questo è il primo progetto POC di questo tipo che coinvolge più aziende nell’intero ecosistema insieme al mondo accademico e al governo. Riunire entità così diverse è estremamente impegnativo, ma questo è il punto di forza di SEMI: sviluppare tali piattaforme per aiutare a far avanzare il settore con il mantra di SEMI di "Connetti, collabora e innova".

La posta in gioco economica è alta. Poiché l’intelligenza artificiale è ormai onnipresente, le proiezioni mostrano che aggiungerà diverse trilioni di dollari a tutti i settori McKinsey & Company un’analisi che prevede un valore di 4.4 trilioni di dollari per la sola IA generativa. La stessa industria globale dei semiconduttori è sulla buona strada per raddoppiare i ricavi nei prossimi sette anni fino a raggiungere i mille miliardi di dollari.

Il mercato sta cominciando ad apprezzare il contributo delle aziende di semiconduttori. Ad esempio, Nvidia, il produttore di unità di elaborazione grafica (GPU) ampiamente utilizzate per eseguire algoritmi di intelligenza artificiale, è diventata la prima azienda di chip ad essere valutata oltre 1 trilione di dollari con un fatturato di 27 miliardi di dollari, realizzando un impressionante rapporto prezzo-utili di 90! Parallelamente, la spinta imprenditoriale per perseguire nuove soluzioni hardware creative continua a crescere rapidamente con centinaia di start-up ben finanziate ora nell’arena.

Tuttavia, la continua crescita su questo percorso innovativo non avverrà con il pilota automatico e richiederà un’azione proattiva. SEMI sta guidando proprio tale azione in linea con il suo ruolo centrale di associazione globale dell’industria elettronica che rappresenta oltre 3,000 aziende in tutto il mondo lungo l’intera catena del valore. Da quando ha pubblicato la previsione cinque anni fa, SEMI ha camminato lungo il cammino, iniziando con il lancio di quattro a livello di settore Iniziative intelligenti per Data-AI, Manufacturing, Mobility e MedTech nel 2018. Di seguito sono riportate alcune attività sfaccettate che SEMI sta portando avanti per Data-AI:

• Formare una comunità industriale, lo IAC Smart Data-AI che abbraccia l'intero ecosistema dei semiconduttori e si concentra sul progresso dello stato dell'arte per Data-AI.
• Promuovere la condivisione delle conoscenze sull'intelligenza artificiale dei dati attraverso numerose conferenze tecniche, workshop e SEMICON globali.
• Promuovere progetti proof-of-concept che riuniscono l’industria, il mondo accademico e i ricercatori governativi in ​​modi significativi.
• Garantire l’accesso ai talenti attraverso un programma completo di sviluppo della forza lavoro per ampliare la pipeline di talenti, con particolare attenzione alle comunità svantaggiate per incoraggiare la diversità, l’equità e l’inclusione.
• Formazione della forza lavoro esistente attraverso Università SEMI, che offre corsi incentrati sull'intelligenza artificiale per aiutare i professionisti dei semiconduttori ad aggiornarsi sulle tecniche di intelligenza artificiale e corsi introduttivi sui semiconduttori per aiutare i professionisti dell'intelligenza artificiale dei dati a comprendere le basi della tecnologia.
• Promuovere la sostenibilità attraverso diversi progetti di ricerca e sviluppo in un portafoglio da 25 milioni di dollari gestito dalle comunità tecnologiche SEMI per ricercare tecnologie a basso consumo che potrebbero ridurre significativamente il consumo di energia in futuro. Gli algoritmi di intelligenza artificiale sono solitamente assetati di energia a causa delle immense quantità di dati che devono elaborare e le tecniche per mitigare questo consumo di energia sono cruciali per la crescita sostenibile delle capacità di intelligenza artificiale.
• Superare potenziali ostacoli all’innovazione affrontando le principali preoccupazioni del settore, ad esempio le modalità per condividere i dati in modo sicuro oltre i confini aziendali e nazionali. Stiamo sviluppando metodologie e standard di dati, basandosi sulla nostra esperienza nel coniare oltre 1,000 standard che SEMI ha già implementato.
• Condivisione delle migliori pratiche sia all’interno che tra i settori. Lo IAC Smart Data-AI lavora insieme da tre anni, condividendo ciò che è efficace e ciò che non lo è nell'implementazione di progetti di intelligenza artificiale e identificando opportunità di miglioramento. Stiamo anche esplorando sinergie con altri settori come quello sanitario attraverso l’iniziativa Smart MedTech. Ad esempio, le tecniche di ricerca e sviluppo e produzione di semiconduttori potenziate dall’intelligenza artificiale possono aiutare le industrie sanitarie, mentre la loro leadership nella gestione dei dati e nei protocolli di sicurezza informatica può avvantaggiare l’industria dei semiconduttori.
• Fornire leadership di pensiero e gestione della tecnologia sul futuro dell’informatica unendo le menti più brillanti agli eventi e ai webinar dell'iniziativa Smart Data-AI, nonché alle sessioni delle esposizioni e delle conferenze SEMI.
• Anticipare interruzioni come l’informatica quantistica, che potrebbe rappresentare un punto di svolta, ma attualmente è limitato ad applicazioni di nicchia. E se un giorno i computer quantistici che oggi richiedono una refrigerazione complessa e occupano intere stanze potessero stare nel palmo delle nostre mani? Vale la pena ricordare che i computer mainframe del secolo scorso che occupavano una stanza ora sono nelle nostre mani come cellulari e funzionano 10,000 volte più velocemente!

L'auto da corsa basata sull'intelligenza artificiale ha vissuto un viaggio esaltante negli ultimi dieci anni, dal riconoscimento di modelli agli strumenti di intelligenza artificiale generativa di oggi come GPT4 e Bard. Riteniamo che il meglio debba ancora venire per l’intelligenza artificiale, ma è ancora necessario molto lavoro per realizzare il pieno potenziale dell’intelligenza artificiale come strumento potente e trasformativo. Un uso sicuro ed efficace dell’intelligenza artificiale potrebbe sostenere un percorso verso un futuro per tutti con migliore salute, prosperità e qualità della vita, e SEMI sta lavorando diligentemente per realizzare questo futuro in modo responsabile ed equo.

Dobbiamo collaborare per imparare a guidare in sicurezza l’auto da corsa basata sull’intelligenza artificiale – e magari potenziarla in futuro con la tecnologia quantistica. Ti invitiamo a unirti a noi in questo entusiasmante viaggio: ottenere aggiornamenti sull'iniziativa Smart Data-AI o contattaci Puškar Apte di SEMI a partecipare.

Pushkar Apte è un consulente tecnologico strategico e leader dell'iniziativa SEMI Smart Data-AI.

Melissa Grupen-Shemansky è CTO di SEMI.