Processador neuromórfico resolve equações em um único passo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  02/04/2019

Circuito de memoristores de eletrodos cruzados fabricados por processo de litografia óptica (esquerda). Cada um dos circuitos (exemplo à direita) permite resolver um sistema de equações lineares em uma única operação. [Imagem: Politecnico di Milano]

Acelerador computacional

Uma equipe da Escola Politécnica de Milão, na Itália, desenvolveu um circuito eletrônico capaz de resolver um sistema de equações lineares em uma única operação.

E tudo é feito na escala de tempo de nanossegundos, o mesmo tempo que leva para apenas gravar um dado na memória de um computador eletrônico.

O desempenho desse circuito mostrou-se superior não apenas aos computadores digitais atuais, mas também dá indícios de superar a velocidade que se espera dos computadores quânticos.

Com isto, Zhong Sun e seus colegas afirmam que sua plataforma neuroinspirada permitirá desenvolver uma nova geração de aceleradores para computação capaz de revolucionar áreas intensivas em cálculos, como a inteligência artificial.

Solução de equações lineares

O novo circuito, construído com memoristores, as unidades básicas da computação neuromórfica - que imita o cérebro -, resolve sistemas de equações lineares (Ax = b) usando a técnica de computação na memória, ou seja, sem precisar que os dados circulem da memória para o processador e vice-versa.

Resolver um sistema de equações lineares significa encontrar o vetor desconhecido x que satisfaça a equação Ax = b, onde A é uma matriz de coeficientes e b é um vetor conhecido. Para resolver este problema, um computador convencional executa um algoritmo que realiza várias operações em cada iteração, o que consome tempo e energia consideráveis.

No processador neuromórfico, os coeficientes da matriz A são armazenados nos memristores, componentes capazes de armazenar valores analógicos. Assim, uma matriz de memristores pode fisicamente mapear uma matriz de coeficientes A dentro do próprio circuito, acelerando fortemente a computação.

O cálculo matricial é resolvido inteiro de uma vez só - em alguns nanossegundos. [Imagem: Zhong Sun et al. - 10.1073/pnas.1815682116]

Solução instantânea

O circuito de memristores foi testado e validado em um amplo conjunto de problemas algébricos, incluindo o ranqueamento de sites da internet e a solução de equações diferenciais complicadas, como a equação de Schrodinger para o cálculo da função de onda quântica de um elétron - todos esses problemas foram resolvidos em uma única operação.

• Criado um transístor que aprende

Bibliografia:

Solving matrix equations in one step with cross-point resistive arrays
Zhong Sun, Giacomo Pedretti, Elia Ambrosi, Alessandro Bricalli, Wei Wang, Daniele Ielmini
Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.1815682116