Chất bán dẫn thúc đẩy cuộc cách mạng trí tuệ nhân tạo

Bởi Ajit Manocha, Pushkar Apte và Melissa Grupen-Shemansky

Năm năm trước, SEMI đã xuất bản một bài viết  dự đoán rằng Trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ thay đổi mọi thứ – và nó đã làm như vậy! AI đã bước ra khỏi phòng thí nghiệm và chiếm lĩnh trí tưởng tượng của mọi người như một cơn bão. Hiện nay nó là chủ đề thảo luận sôi nổi ở khắp mọi nơi, từ bàn ăn gia đình, phòng họp công ty cho đến hành lang chính phủ.

Mặc dù có vẻ như đây là đỉnh cao của chu kỳ cường điệu hóa AI nhưng chúng tôi tin rằng công nghệ này chỉ mới bắt đầu phát huy tác dụng. Hãy tưởng tượng nếu chúng ta có thể dự đoán đường đi chính xác của một cơn bão hoặc lốc xoáy đủ sớm để đưa mọi người ra khỏi vùng nguy hiểm. Hãy tưởng tượng nếu chúng ta có thể phát hiện và ngăn chặn cháy rừng cũng như tránh được sự tàn phá mà chúng gây ra trên hành tinh. Hãy tưởng tượng nếu chúng ta có thể ngăn chặn đại dịch tiếp theo đang diễn ra để nó không làm tê liệt thế giới trong ba năm và giết chết hàng triệu người như Covid-19. Chúng tôi nghĩ AI có thể giúp hiện thực hóa một tương lai như vậy và hơn thế nữa.

Trong khi mọi người đang theo dõi và ngạc nhiên về AI giống như chúng có thể là một chiếc xe đua siêu nạp, thì điều thường bị bỏ qua là động cơ bán dẫn bên dưới mui xe. Trong khi khái niệm AI đã có từ nửa thế kỷ trước, sự phát triển của công nghệ này đã tăng tốc nhanh chóng trong thập kỷ qua, chủ yếu là do những tiến bộ đáng kinh ngạc về chip bán dẫn. Tại sao? Các thuật toán AI hoạt động bằng cách xử lý lượng dữ liệu khổng lồ và được đào tạo để nhận dạng các mẫu – ví dụ: một hình ảnh hoặc một chuỗi từ. Nhưng AI chỉ tốt khi dữ liệu được cung cấp. Nó phụ thuộc rất nhiều vào số lượng và chất lượng của dữ liệu cũng như tốc độ xử lý và phân tích dữ liệu này.

Được thúc đẩy bởi Định luật Moore và tốc độ đổi mới khốc liệt, các chip bán dẫn đã cho phép một lượng dữ liệu chưa từng có được cảm nhận, lưu trữ, truyền đạt và xử lý với tốc độ đáng kinh ngạc. Động cơ cải tiến này giúp xe đua AI đạt tốc độ cao hơn nữa.

Nhiều loại chip bán dẫn kết hợp với nhau để kích hoạt AI. Các thiết bị Internet of Things (IoT), hiện có số lượng hơn 15 tỷ thiết bị, cảm nhận dữ liệu từ thế giới vật chất. Các thiết bị IoT thường là nguồn cung cấp các tập dữ liệu lớn cho các thuật toán AI, đặc biệt là trong các ứng dụng công nghiệp. Sau đó, các chip truyền thông băng thông cao sẽ truyền dữ liệu này không dây qua mạng 5G/6G hoặc qua cáp quang dung lượng cao, với băng thông lên tới 100 Gbps. Các thiết bị bộ nhớ thể rắn lưu trữ dữ liệu này, nén hàng gigabit dữ liệu vào một con chip hoặc gói duy nhất. Chip quản lý năng lượng phân phối và quản lý việc cung cấp năng lượng hiệu quả cho hàng tỷ thiết bị đồng thời tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng. Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, chip xử lý chạy thuật toán AI bằng cách phân tích dữ liệu này với tốc độ lên tới 100 tỷ lệnh mỗi giây!

Tiến bộ này thường được coi là đương nhiên nhưng cũng đáng để dành một chút thời gian suy ngẫm để đánh giá cao vô số cải tiến về chất bán dẫn đã biến điều này thành hiện thực.

Việc duy trì tốc độ đổi mới nhanh chóng này ngày càng trở nên khó khăn hơn khi Định luật Moore đã chậm lại và hoạt động R&D trở nên rất tốn kém. Ngành công nghiệp bán dẫn chi ~17% doanh thu cho R&D - có lẽ nhiều hơn bất kỳ ngành nào khác - hoặc con số đáng kinh ngạc là 100 tỷ USD mỗi năm. Chúng tôi tin rằng con đường phía trước là sự đổi mới thông minh. Chúng ta có thể sử dụng AI để tạo ra một chu kỳ đạo đức không? Liệu chúng ta có thể khai thác AI để tăng tốc phát triển công nghệ bán dẫn nhằm tạo ra những con chip tốt hơn có thể chạy các thuật toán AI mạnh hơn không?

Để giúp thực hiện điều này, SEMI đã ra mắt Sáng kiến ​​dữ liệu thông minh-AI vào năm 2018. Một yếu tố của nỗ lực này là dự án chứng minh khái niệm (POC) đang được thực hiện tại Đại học Cornell. Được tài trợ bởi Phòng thí nghiệm nghiên cứu quân đội, dự án đã trình diễn một mô hình AI có thể dự đoán các tính năng theo khuôn mẫu chính xác trên chip – các tính năng càng nhỏ và chính xác thì hiệu suất chip càng cao. Song song đó, SEMI đã thành lập hội đồng cố vấn ngành Dữ liệu thông minh-AI (IAC) để nâng cao công nghệ tiên tiến và hướng dẫn nỗ lực POC. Hiện chúng tôi sắp khởi động giai đoạn tiếp theo của dự án với mục tiêu đầy tham vọng là tạo ra một môi trường đổi mới ảo với các quy trình song sinh kỹ thuật số để giúp thúc đẩy những tiến bộ về bán dẫn.

Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là dự án POC đầu tiên có sự tham gia của nhiều công ty trên toàn bộ hệ sinh thái cùng với giới học thuật và chính phủ. Việc tập hợp các thực thể đa dạng như vậy là vô cùng khó khăn, nhưng đây là sức mạnh cốt lõi của SEMI: phát triển những nền tảng như vậy để giúp thúc đẩy ngành với phương châm 'Kết nối, Hợp tác và Đổi mới' của SEMI.

Cổ phần kinh tế rất cao. Vì AI hiện nay có mặt khắp nơi nên các dự đoán cho thấy nó sẽ mang lại thêm hàng nghìn tỷ đô la cho các ngành công nghiệp, với McKinsey & Company phân tích dự đoán giá trị 4.4 nghìn tỷ USD chỉ riêng cho AI tạo ra. Bản thân ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu đang trên đà tăng gấp đôi doanh thu trong khoảng 1 năm tới lên XNUMX nghìn tỷ USD.

Thị trường đang bắt đầu đánh giá cao sự đóng góp của các công ty bán dẫn. Ví dụ: Nvidia, nhà sản xuất bộ xử lý đồ họa (GPU) được sử dụng rộng rãi để chạy các thuật toán AI, đã trở thành công ty chip đầu tiên được định giá trên 1 nghìn tỷ USD với doanh thu 27 tỷ USD, tạo nên tỷ lệ giá trên thu nhập ấn tượng ở mức 90 tỷ USD. XNUMX! Song song đó, động lực kinh doanh nhằm theo đuổi các giải pháp phần cứng mới đầy sáng tạo tiếp tục phát triển nhanh chóng với hàng trăm công ty khởi nghiệp được tài trợ tốt hiện đang có mặt trên đấu trường.

Tuy nhiên, việc tiếp tục tăng trưởng trên con đường đổi mới này sẽ không diễn ra theo cơ chế lái tự động mà sẽ đòi hỏi phải có hành động chủ động. SEMI đang thúc đẩy hành động đó một cách chính xác để phù hợp với vai trò then chốt của mình là hiệp hội ngành công nghiệp điện tử toàn cầu đại diện cho hơn 3,000 công ty trên toàn thế giới trong toàn bộ chuỗi giá trị. Kể từ khi công bố dự đoán này cách đây XNUMX năm, SEMI đã đi đầu - bắt đầu bằng việc ra mắt bốn sản phẩm trên toàn ngành Sáng kiến ​​thông minh cho Dữ liệu-AI, Sản xuất, Di động và MedTech vào năm 2018. Sau đây là một số hoạt động đa diện mà SEMI đang thúc đẩy cho Dữ liệu-AI:

• Hình thành cộng đồng công nghiệp, IAC dữ liệu thông minh-AI mở rộng toàn bộ hệ sinh thái bán dẫn và tập trung vào việc nâng cao công nghệ tiên tiến nhất cho Data-AI.
• Thúc đẩy chia sẻ kiến ​​thức về Dữ liệu-AI thông qua nhiều hội nghị, hội thảo kỹ thuật và SEMICON toàn cầu.
• Thúc đẩy các dự án chứng minh khái niệm tập hợp các nhà nghiên cứu trong ngành, học viện và chính phủ theo những cách có ý nghĩa.
• Đảm bảo tiếp cận nhân tài thông qua chương trình phát triển lực lượng lao động toàn diện để phát triển nguồn nhân tài, đặc biệt tập trung vào các cộng đồng chưa được phục vụ đầy đủ để khuyến khích sự đa dạng, công bằng và hòa nhập.
• Đào tạo lực lượng lao động hiện có thông qua Đại học SEMI, nơi cung cấp các khóa học tập trung vào AI để giúp các chuyên gia bán dẫn nâng cao tốc độ về kỹ thuật AI và các khóa học giới thiệu về bán dẫn để giúp các chuyên gia Dữ liệu-AI hiểu những điều cơ bản về công nghệ.
• Thúc đẩy sự bền vững thông qua một số dự án R&D trong danh mục đầu tư trị giá 25 triệu USD do Cộng đồng Công nghệ SEMI quản lý để nghiên cứu các công nghệ sử dụng năng lượng thấp có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng trong tương lai. Các thuật toán AI thường ngốn điện do lượng dữ liệu khổng lồ mà chúng phải xử lý và các kỹ thuật để giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng này là rất quan trọng cho sự phát triển bền vững của các khả năng AI.
• Vượt qua những rào cản tiềm tàng đến sự đổi mới bằng cách giải quyết các mối quan tâm lớn của ngành – ví dụ: cách chia sẻ dữ liệu một cách an toàn xuyên biên giới công ty và quốc gia. Chúng tôi đang phát triển các phương pháp và tiêu chuẩn dữ liệu, dựa trên kinh nghiệm của chúng tôi trong việc xây dựng hơn 1,000 tiêu chuẩn mà SEMI đã triển khai.
• Chia sẻ các phương pháp hay nhất cả trong và giữa các ngành. IAC Dữ liệu thông minh-AI đã làm việc cùng nhau được ba năm, chia sẻ những gì hiệu quả và những gì không trong việc triển khai các dự án AI, đồng thời xác định các cơ hội cải tiến. Chúng tôi cũng đang khám phá sự phối hợp với các ngành khác như chăm sóc sức khỏe thông qua sáng kiến ​​Smart MedTech. Ví dụ, các kỹ thuật sản xuất và R&D bán dẫn được tăng cường AI có thể giúp ích cho các ngành chăm sóc sức khỏe, trong khi sự dẫn đầu của họ trong các giao thức quản lý dữ liệu và an ninh mạng có thể mang lại lợi ích cho ngành bán dẫn.
• Cung cấp khả năng lãnh đạo tư tưởng và quản lý công nghệ về tương lai của điện toán bằng cách hợp nhất những bộ óc thông minh nhất tại các sự kiện và hội thảo trên web về sáng kiến ​​Dữ liệu thông minh-AI cũng như các phiên họp tại các cuộc triển lãm và hội nghị SEMI.
• Dự đoán những đột phá như điện toán lượng tử, có thể là yếu tố thay đổi cuộc chơi nhưng hiện chỉ giới hạn ở các ứng dụng thích hợp. Điều gì sẽ xảy ra nếu một ngày nào đó máy tính lượng tử yêu cầu làm lạnh phức tạp và chiếm toàn bộ căn phòng có thể nằm gọn trong lòng bàn tay của chúng ta? Điều đáng nhớ là các máy tính lớn từ thế kỷ trước từng chiếm một căn phòng giờ đây nằm trong tay chúng ta như những chiếc điện thoại di động, chạy nhanh hơn 10,000 lần!

Xe đua AI đã có một hành trình thú vị trong thập kỷ qua, từ nhận dạng mẫu cho đến các công cụ AI sáng tạo ngày nay như GPT4 và Bard. Chúng tôi tin rằng điều tốt nhất vẫn chưa đến với AI, nhưng vẫn còn nhiều việc phải làm để nhận ra toàn bộ tiềm năng của AI như một công cụ mạnh mẽ và có khả năng biến đổi. Việc sử dụng AI an toàn và hiệu quả có thể hỗ trợ con đường dẫn đến tương lai cho mọi người với sức khỏe, thịnh vượng và chất lượng cuộc sống tốt hơn và SEMI đang nỗ lực làm việc để hiện thực hóa tương lai này một cách có trách nhiệm và công bằng.

Chúng ta phải hợp tác để học cách lái xe đua AI một cách an toàn – và có thể tăng tốc nó trong tương lai bằng công nghệ lượng tử. Chúng tôi mời bạn tham gia cùng chúng tôi trong cuộc hành trình thú vị này – cập nhật về sáng kiến ​​Dữ liệu thông minh-AI hoặc liên hệ Puskar Apte của SEMI để tham gia.

Pushkar Apte là cố vấn công nghệ chiến lược và lãnh đạo Sáng kiến ​​AI-Dữ liệu thông minh SEMI.

Melissa Grupen-Shemansky là CTO tại SEMI.