Ao invés de se basearem em zeros e uns, os computadores neuromórficos empregam fenômenos físicos para identificar padrões em vastos fluxos de dados, operando com alta velocidade e notável eficiência energética.
Em um avanço significativo para essa tecnologia emergente, pesquisadores e engenheiros alemães apresentaram uma arquitetura neuromórfica que pode ser perfeitamente integrada à fabricação convencional de chips, utilizando as mesmas máquinas da indústria microeletrônica.
Assim como ocorre na computação quântica, o curso futuro dessa tecnologia permanece incerto, sendo denominada de diversas maneiras, desde o termo genérico “computação não-convencional” até o subcampo chamado “computação de reservatório”, que tem mostrado avanços significativos.
Nesse desenvolvimento recente, a computação é realizada por meio de magnons, quasipartículas que representam unidades de ondas magnéticas. Essas quasipartículas emergem na superfície de certos materiais como oscilações coordenadas do momento magnético dos elétrons, sendo também referidas como ondas de spin. A magnônica apresenta um caminho promissor para impulsionar avanços nas tecnologias de informação, incluindo velocidade, arquitetura do processador e consumo reduzido de energia.
A concepção de utilizar magnons para criar uma nova abordagem no processamento de dados existe há algum tempo, mas até o momento não se identificou nenhum material capaz de gerar ondas de spin que viajem de forma precisa de um ponto a outro, requisito essencial para explorar plenamente seu potencial.
(Foto: Lukas Korber)
Cálculos através de oscilações
Diante da ausência de suporte material adequado para viabilizar a magnônica, a equipe alemã adotou uma abordagem alternativa: ao invés de tentar controlar vibrações sobre um material, agora o próprio material vibra em sua totalidade, sendo capaz de fazê-lo em múltiplas frequências simultaneamente.
Essa dinâmica é comparável a um tambor, onde ao polvilhar areia sobre sua superfície e batê-lo ritmicamente, padrões visuais interessantes emergem – conhecidos como modos de vibração. Esses modos existem por todo o espaço e não se limitam a uma trajetória linear de A a B; eles constituem ondas estacionárias que ressoam em todo o objeto, explicou o professor Helmut Schultheib, do Centro Helmholtz Dresden-Rossendorf.
A batida do tambor ilustra a entrada de dados, oriunda, por exemplo, de um sensor. Isso desencadeia uma interação entre diversas oscilações, resultando em processos não-lineares. Schultheib enfatizou: “Em nosso estudo, conseguimos demonstrar que diferentes padrões de entrada inevitavelmente geram distintos padrões de oscilação. Esse processo é também sensível ao tempo, o que significa que a alteração na sequência dos sinais de entrada acarreta mudanças nos padrões.”
Essa característica é crucial para a avaliação dos dados em tempo real. Além disso, a equipe estabeleceu uma condição adicional: toda a estrutura deveria ser fabricada utilizando o processo CMOS, largamente empregado nas linhas de produção de chips globalmente. Schultheib justificou: “Mesmo à medida que exploramos novas tecnologias, o método CMOS continuará a sustentar nosso progresso nas décadas vindouras. Isso decorre do fato de que essa tecnologia está profundamente entrelaçada em nossa vida cotidiana, desde o menor interruptor de luz até dispositivos telefônicos e sensores de marca-passos.”
Os resultados foram positivos, com os protótipos produzidos em uma fundição convencional operando conforme previsto. Isso indica que a magnônica poderá alcançar aplicabilidade sem a necessidade de descoberta de novos materiais, inovações de processo ou revoluções tecnológicas.
(Foto: Mingyi Rao)
Computação na borda
Essa abordagem não-convencional não pretende substituir os computadores convencionais, que se baseiam na eletrônica binária e se destacam em cálculos matemáticos complexos. Em vez disso, busca preencher uma lacuna existente na análise e reconhecimento de padrões, como ocorre na inteligência artificial ou em desafios aparentemente simples, como a previsão das condições de tráfego em uma via.
“Essa empreitada é de grande complexidade, na qual as arquiteturas de computadores tradicionais, como nossos PCs, enfrentam enormes obstáculos. São necessárias múltiplas etapas de cálculo. Por outro lado, essa é a arena ideal para a computação neuromórfica, para computadores de reservatório e para a inteligência artificial”, observou Schultheib.
Uma característica fundamental dessas novas tecnologias é sua eficiência energética notável, o que possibilita sua implementação direta em sensores, resultando no que é conhecido como “computação na borda”. Isso se contrapõe à computação em nuvem e se revela especialmente vantajoso sempre que a transmissão de grandes volumes de dados se mostra dispendiosa ou desafiadora. Por exemplo, ao invés de enviar todos os dados de medição de um satélite em órbita para uma estação terrestre, esses dados poderiam ser processados diretamente no espaço.
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