Trung Quốc chế tạo chip AI nhanh và tiết kiệm năng lượng hơn

Sơ đồ nguyên lý của chip ACCEL của Đại học Thanh Hoa. Ảnh: Handout

Trong bài báo xuất bản trên Tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu tại khoa Kỹ thuật điện tử và Tự động hóa của Đại học Thanh Hoa cho biết, dù loại chip mới không thể ngay lập tức thay thế những con chip được sử dụng trong các thiết bị như máy tính hoặc điện thoại thông minh, nhưng nó có thể sớm được sử dụng trong các thiết bị đeo, ô tô điện hoặc nhà máy thông minh. Loại chip này hứa hẹn nâng cao khả năng cạnh tranh của Trung Quốc trong ứng dụng trí tuệ nhân tạo đại chúng.

Trung Quốc đang tăng tốc trong cuộc đua phát triển công nghệ AI với Mỹ, sau khi Washington đưa ra loạt biện pháp hạn chế khả năng tiếp cận công nghệ của Bắc Kinh, bao gồm cả chip tiên tiến.

Loại chip mới được gọi là chip ACCEL (All-Analogue Chip Combining Electronics and Light), hoạt động dựa trên ánh sáng và sử dụng photon - một loại hạt cơ bản - để tính toán và truyền thông tin nhằm đạt được tốc độ tính toán nhanh hơn.

Ý tưởng sản xuất chip dựa trên ánh sáng không phải là mới mẻ. Các loại chip hiện nay chủ yếu dựa vào dòng điện để tính toán vì các photon khó điều khiển hơn.

Trong thử nghiệm, chip ACCEL đạt tốc độ tính toán 4,6 PFLOPS (phép toán dấu phẩy động peta mỗi giây), nhanh hơn 3.000 lần so với chip AI thương mại được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là A100 của Nvidia. Các nhà nghiên cứu nhận thấy chip Trung Quốc cũng tiêu thụ năng lượng ít hơn 4 triệu lần.

Tuy nhiên, chip A100 đang phải chịu lệnh trừng phạt do Mỹ áp đặt lên Trung Quốc. Loại chip này cùng với các chip AI tiên tiến khác được sản xuất bằng máy in thạch bản tiên tiến mà Trung Quốc không có quyền tiếp cận. Chip ACCEL do Tập đoàn Quốc tế Sản xuất Chất bán dẫn của Trung Quốc chế tạo, thông qua quy trình chế tạo bóng bán dẫn giá rẻ.

Hiệu suất của con chip này cũng có thể được tối ưu hóa hơn nữa thông qua những cải tiến trong quy trình chế tạo, hoặc bằng cách áp dụng các quy trình chế tạo đắt tiền hơn.

Không giống như chip bán dẫn, chip quang tử sử dụng các đặc tính vật lý nội tại của ánh sáng bằng cách thay thế bóng bán dẫn bằng kính hiển vi siêu nhỏ và tín hiệu điện bằng tín hiệu ánh sáng.

“Việc triển khai các hệ thống điện toán quang tử từng là một thách thức, do thiết kế cấu trúc phức tạp và dễ bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn cũng như lỗi hệ thống. Nhóm nghiên cứu đã giới thiệu cách sáng tạo khung điện toán kết hợp điện toán quang tử và điện toán tương tự”, trang web của Đại học Thanh Hoa cho biết.

Ảnh: Reuters

Các nhà nghiên cứu cũng cho hay việc sử dụng tín hiệu ánh sáng giúp tăng hiệu quả sử dụng năng lượng lên đáng kể và năng lượng cần thiết để vận hành các chip hiện có trong một giờ có thể cung cấp năng lượng cho ACCEL trong hơn 500 năm.

Mức tiêu thụ điện năng thấp của loại chip mới cũng có thể giúp khắc phục vấn đề tản nhiệt, vấn đề đang đặt ra rào cản đáng kể trong việc thu nhỏ các mạch tích hợp hơn nữa.

Tuy nhiên, kiến trúc điện toán tương tự của chip ACCEL khiến ứng dụng chỉ xử lý được các vấn đề cụ thể. Loại chip này không thể chạy nhiều chương trình khác nhau hoặc nén các tệp như chip điện toán thông thường trong điện thoại thông minh.

Theo trang web của Đại học Thanh Hoa, các tác vụ mà loại chip này có thể thực hiện bao gồm nhận dạng hình ảnh có độ phân giải cao, tính toán trong điều kiện ánh sáng yếu và xác định lưu lượng truy cập. Nó cũng có những lợi thế nhất định khi thực hiện các nhiệm vụ thị giác AI trong ánh sáng thụ động từ môi trường mang thông tin cho phép tính toán trực tiếp trong quá trình cảm biến.

Dự án này do Chương trình nghiên cứu và phát triển trọng điểm quốc gia của Bộ khoa học và Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia Trung Quốc tài trợ.

MakeSens, công ty chế tạo chip có trụ sở tại Bắc Kinh, cũng tham gia vào dự án phát triển chip ACCEL. Công ty đã ra mắt một loại chip năng lượng thấp sử dụng điện toán tương tự hồi tháng 5 vừa qua.

Nhà nghiên cứu Dai Qionghai, một trong những người dẫn đầu nhóm nghiên cứu, cho biết: “Phát triển kiến trúc điện toán mới cho kỷ nguyên AI là thành tựu đỉnh cao. Tuy nhiên, thách thức quan trọng hơn là đưa kiến trúc mới này vào ứng dụng thực tế, giải quyết các nhu cầu lớn của quốc gia và cộng đồng. Đó là trách nhiệm của chúng tôi”.