Semicondutores aceleram a revolução da inteligência artificial

Por Ajit Manocha, Pushkar Apte e Melissa Grupen-Shemansky

Há cinco anos, a SEMI publicou um artigo prevendo que a Inteligência Artificial (IA) mudaria tudo – e mudou! A IA saiu dos laboratórios e conquistou a imaginação popular. É agora um tema quente de discussão em todo o lado, desde mesas de jantar familiares e salas de reuniões corporativas até corredores governamentais.

Embora possa parecer o auge de um ciclo de entusiasmo pela IA, acreditamos que a tecnologia apenas começou a se consolidar. Imagine se pudéssemos prever a trajetória precisa de um furacão ou tornado com antecedência suficiente para afastar as pessoas do perigo. Imagine se pudéssemos detectar e prevenir incêndios florestais e evitar a destruição que eles causam no planeta. Imagine se pudéssemos deter a próxima pandemia, para que ela não paralise o mundo durante três anos e mate milhões de pessoas como a COVID-19 fez. Achamos que a IA poderia ajudar a concretizar esse futuro e muito mais.

Enquanto todos observam e se maravilham com a IA como se fossem um carro de corrida superalimentado, o que muitas vezes é esquecido é o motor semicondutor sob o capô. Embora o conceito de IA já tenha meio século, o desenvolvimento da tecnologia acelerou rapidamente na última década, principalmente devido aos avanços surpreendentes nos chips semicondutores. Por que? Os algoritmos de IA funcionam processando enormes quantidades de dados e sendo treinados para reconhecer padrões – por exemplo, uma imagem ou uma sequência de palavras. Mas a IA é tão boa quanto os dados que alimenta. Depende fundamentalmente da quantidade e qualidade dos dados e da rapidez com que esses dados podem ser processados ​​e analisados.

Impulsionados pela Lei de Moore e pelo ritmo acelerado da inovação, os chips semicondutores permitiram que uma quantidade sem precedentes de dados fosse detectada, armazenada, comunicada e processada a velocidades incríveis. Este motor aprimorado impulsiona o carro de corrida AI a velocidades ainda mais altas.

Muitos tipos de chips semicondutores se unem para permitir a IA. Os dispositivos da Internet das Coisas (IoT), que agora somam mais de 15 bilhões, detectam dados do mundo físico. Os dispositivos IoT são geralmente a fonte de grandes conjuntos de dados alimentados em algoritmos de IA, especialmente em aplicações industriais. Os chips de comunicação de alta largura de banda transmitem esses dados sem fio por meio de redes 5G/6G ou por meio de cabos de fibra óptica de alta capacidade, com larguras de banda de até 100 Gbps. Dispositivos de memória de estado sólido armazenam esses dados, comprimindo gigabits de dados em um único chip ou pacote. Os chips de gerenciamento de energia distribuem e gerenciam o fornecimento eficiente de energia para bilhões de dispositivos enquanto otimizam o consumo de energia. Por último, mas não menos importante, os chips do processador executam os algoritmos de IA analisando esses dados a velocidades de até 100 bilhões de instruções por segundo!

Este progresso é muitas vezes dado como certo, mas vale a pena um momento de reflexão para apreciar as inúmeras inovações em semicondutores que tornaram isto possível.

Manter este ritmo alucinante de inovação tornou-se cada vez mais desafiador à medida que a Lei de Moore desacelerou e a P&D se tornou muito cara. A indústria de semicondutores gasta cerca de 17% das receitas em I&D – talvez mais do que qualquer outra indústria – ou uns espantosos 100 mil milhões de dólares por ano. Acreditamos que o caminho a seguir é a inovação inteligente. Podemos usar a IA para criar um ciclo virtuoso? Podemos aproveitar a IA para acelerar o desenvolvimento da tecnologia de semicondutores para construir chips melhores que possam executar algoritmos de IA mais poderosos?

Para ajudar a conseguir isso, SEMI lançou seu Iniciativa Smart Data-AI em 2018. Um elemento desse esforço é um projeto de prova de conceito (POC) que está sendo executado em Universidade de Cornell. Financiado pelo Laboratório de Pesquisa do Exército, o projeto demonstrou um modelo de IA que prevê os recursos padronizados precisos no chip – quanto menores e mais precisos os recursos, maior será o desempenho do chip. Paralelamente, a SEMI formou o conselho consultivo da indústria Smart Data-AI (IAC) para promover o estado da arte e orientar o esforço do POC. Estamos agora prestes a lançar a próxima fase do projeto com o ambicioso objetivo de criar um ambiente virtual de inovação com gêmeos digitais de processos para ajudar a impulsionar os avanços em semicondutores.

Até onde sabemos, este é o primeiro projeto POC envolvendo várias empresas em todo o ecossistema, juntamente com a academia e o governo. Reunir entidades tão diversas é extremamente desafiador, mas este é o principal ponto forte da SEMI: desenvolver tais plataformas para ajudar o avanço da indústria com o mantra da SEMI de 'Conectar, Colaborar e Inovar'.

Os riscos económicos são elevados. Como a IA é agora onipresente, as projeções mostram que ela agregará vários trilhões de dólares em todos os setores, com McKinsey & Company análise projetando US$ 4.4 trilhões em valor apenas para IA generativa. A própria indústria global de semicondutores está a caminho de duplicar as receitas nos próximos sete anos, para 1 bilião de dólares.

O mercado começa a valorizar a contribuição das empresas de semicondutores. Por exemplo, a Nvidia, fabricante de unidades de processamento gráfico (GPUs) amplamente utilizadas para executar algoritmos de IA, tornou-se a primeira empresa de chips avaliada em mais de US$ 1 trilhão, com receitas de US$ 27 bilhões, gerando uma impressionante relação preço/lucro de 90! Paralelamente, o impulso empresarial para a procura de novas soluções criativas de hardware continua a crescer rapidamente, com centenas de start-ups bem financiadas agora na arena.

No entanto, o crescimento contínuo neste caminho inovador não acontecerá no piloto automático e exigirá uma acção proactiva. A SEMI está a conduzir precisamente essa ação, em conformidade com o seu papel fundamental como associação global da indústria eletrónica que representa mais de 3,000 empresas em todo o mundo, em toda a cadeia de valor. Desde a publicação da previsão, há cinco anos, a SEMI percorreu o caminho – começando com o lançamento de quatro projetos em todo o setor Iniciativas Inteligentes para Data-AI, Manufatura, Mobilidade e MedTech em 2018. A seguir estão algumas atividades multifacetadas que a SEMI está conduzindo para Data-AI:

• Formando uma comunidade industrial, o Smart Data-AI IAC que abrange todo o ecossistema de semicondutores e se concentra no avanço do que há de mais moderno em Data-AI.
• Avançando no compartilhamento de conhecimento em Data-AI por meio de inúmeras conferências técnicas, workshops e SEMICONs globais.
• Impulsionando projetos de prova de conceito que reúnem pesquisadores da indústria, da academia e do governo de maneiras significativas.
• Garantir o acesso ao talento através de um programa abrangente de desenvolvimento da força de trabalho para aumentar o fluxo de talentos, com foco especial nas comunidades carentes para incentivar a diversidade, a equidade e a inclusão.
• Treinar a força de trabalho existente NFT`s Universidade SEMI, que oferece cursos focados em IA para ajudar os profissionais de semicondutores a se atualizarem nas técnicas de IA e cursos introdutórios de semicondutores para ajudar os profissionais de IA de dados a entender os fundamentos da tecnologia.
• Impulsionando a sustentabilidade através de vários projetos de P&D em um portfólio de US$ 25 milhões gerenciado pela SEMI Technology Communities para pesquisar tecnologias de baixo consumo de energia que poderiam reduzir significativamente o consumo de energia no futuro. Os algoritmos de IA geralmente consomem muita energia devido às imensas quantidades de dados que devem processar, e as técnicas para mitigar esse consumo de energia são cruciais para o crescimento sustentável das capacidades de IA.
• Superando possíveis obstáculos à inovação, abordando as principais preocupações da indústria – por exemplo, formas de partilhar dados de forma segura entre empresas e fronteiras nacionais. Estamos desenvolvendo metodologias e padrões de dados, com base em nossa experiência na criação de mais de 1,000 padrões que SEMI já implementou.
• Compartilhando práticas recomendadas dentro e entre indústrias. O Smart Data-AI IAC trabalha em conjunto há três anos, compartilhando o que é eficaz e o que não é na implementação de projetos de IA e identificando oportunidades de melhoria. Também estamos a explorar sinergias com outras indústrias, como a saúde, através da iniciativa Smart MedTech. Por exemplo, a I&D de semicondutores e as técnicas de fabrico melhoradas por IA podem ajudar as indústrias de saúde, enquanto a sua liderança na gestão de dados e nos protocolos de segurança cibernética pode beneficiar a indústria de semicondutores.
• Fornecer liderança inovadora e administração tecnológica sobre o futuro da computação unindo as mentes mais brilhantes em eventos e webinars da iniciativa Smart Data-AI, bem como em sessões em exposições e conferências SEMI.
• Antecipando interrupções como a computação quântica, o que poderia ser uma virada de jogo, mas atualmente está confinado a aplicações de nicho. E se um dia os computadores quânticos que hoje exigem refrigeração complexa e ocupam salas inteiras pudessem caber na palma de nossas mãos? Vale lembrar que os mainframes do século passado que ocupavam uma sala agora estão em nossas mãos como celulares, rodando 10,000 mil vezes mais rápido!

O carro de corrida com IA teve uma jornada emocionante na última década, desde o reconhecimento de padrões até as ferramentas generativas de IA de hoje, como GPT4 e Bard. Acreditamos que o melhor ainda está por vir para a IA, mas ainda é necessário muito trabalho para concretizar todo o potencial da IA ​​como ferramenta poderosa e transformadora. O uso seguro e eficaz da IA ​​poderia apoiar um caminho para um futuro para todos com melhor saúde, prosperidade e qualidade de vida, e a SEMI está trabalhando diligentemente para concretizar esse futuro de forma responsável e equitativa.

Devemos colaborar para aprender como conduzir o carro de corrida com IA com segurança – e talvez turbina-lo no futuro com tecnologia quântica. Convidamos você a se juntar a nós nesta emocionante jornada – obter atualizações na iniciativa Smart Data-AI ou entre em contato Apartamento Puskar da SEMI para se envolver.

Pushkar Apte é consultor estratégico de tecnologia e líder da SEMI Smart Data-AI Initiative.

Melissa Grupen-Shemansky é CTO da SEMI.