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Dec 01, 2023

Computação neuromórfica em destaque

IA, aprendizado de máquina e ChatGPT podem ser palavras-chave relativamente novas no público

IA, aprendizado de máquina e ChatGPT podem ser palavras da moda relativamente novas no domínio público, mas desenvolver um computador que funcione como o cérebro humano e o sistema nervoso – hardware e software combinados – tem sido um desafio de décadas. Engenheiros da Universidade de Pittsburgh estão hoje explorando como os "memristores" ópticos podem ser a chave para o desenvolvimento da computação neuromórfica.

Resistores com memória, ou memristores, já demonstraram sua versatilidade na eletrônica, com aplicações como elementos de circuitos computacionais em computação neuromórfica e elementos de memória compactos em armazenamento de dados de alta densidade. Seu design exclusivo abriu o caminho para a computação in-memory e capturou um interesse significativo de cientistas e engenheiros.

Um novo artigo de revisão publicado na Nature Photonics, intitulado "Integrated Optical Memristors", lança luz sobre a evolução dessa tecnologia - e o trabalho que ainda precisa ser feito para atingir todo o seu potencial. Liderado por Nathan Youngblood, professor assistente de engenharia elétrica e de computação na Escola de Engenharia Swanson da Universidade de Pittsburgh, o artigo explora o potencial de dispositivos ópticos que são análogos de memristores eletrônicos. Essa nova classe de dispositivo pode desempenhar um papel importante na revolução da computação neuromórfica de alta largura de banda, hardware de aprendizado de máquina e inteligência artificial no domínio óptico.

“Os pesquisadores estão realmente cativados pelos memristores ópticos por causa de seu incrível potencial em computação neuromórfica de alta largura de banda, hardware de aprendizado de máquina e inteligência artificial”, explicou Youngblood. "Imagine fundir as incríveis vantagens da óptica com o processamento de informações locais. É como abrir a porta para um novo reino de possibilidades tecnológicas que antes eram inimagináveis."

O artigo de revisão apresenta uma visão abrangente do progresso recente neste campo emergente de circuitos integrados fotônicos. Ele explora o estado da arte atual e destaca as possíveis aplicações dos memristores ópticos, que combinam os benefícios da comunicação óptica ultrarrápida e de alta largura de banda com o processamento local de informações. No entanto, a escalabilidade emergiu como a questão mais urgente que pesquisas futuras devem abordar.

"Aumentar a escala na memória ou a computação neuromórfica no domínio óptico é um grande desafio. Ter uma tecnologia rápida, compacta e eficiente torna a escalabilidade mais viável e representaria um grande avanço", explicou Youngblood.

"Um exemplo das limitações é que, se você pegar materiais de mudança de fase, que atualmente têm a maior densidade de armazenamento para memória óptica, e tentar implementar uma rede neural relativamente simplista no chip, seria necessário um wafer do tamanho de um laptop para acomodar todas as células de memória necessárias", continuou ele. “O tamanho é importante para a fotônica, e precisamos encontrar uma maneira de melhorar a densidade de armazenamento, a eficiência energética e a velocidade de programação para fazer computação útil em escalas úteis”.

Usando a luz para revolucionar a computação

Os memristores ópticos podem revolucionar a computação e o processamento de informações em vários aplicativos. Eles podem permitir o ajuste ativo de circuitos integrados fotônicos (PICs), permitindo que os sistemas ópticos no chip sejam ajustados e reprogramados conforme necessário sem consumir energia continuamente. Eles também oferecem armazenamento e recuperação de dados em alta velocidade, prometendo acelerar o processamento, reduzir o consumo de energia e permitir o processamento paralelo.

Os memristores ópticos podem até ser usados ​​para sinapses artificiais e arquiteturas inspiradas no cérebro. Memristors dinâmicos com armazenamento não volátil e saída não linear replicam a plasticidade de longo prazo das sinapses no cérebro e abrem caminho para arquiteturas de computação integradas e disparadas.

A pesquisa para ampliar e melhorar a tecnologia de memristor óptico pode abrir possibilidades sem precedentes para computação neuromórfica de alta largura de banda, hardware de aprendizado de máquina e inteligência artificial.