Uso de Computadores Analógicos em Inteligência Artificial (IA)

Sep 03, 2023

Computadores analógicos são uma classe de dispositivos em que quantidades físicas como tensão elétrica, movimentos mecânicos ou pressão de fluido são representadas de modo que sejam análogas à quantidade correspondente no problema a ser resolvido.

Aqui está um exemplo simples de um computador analógico.

Se girarmos as rodas preta e branca em determinados valores, a roda cinza mostra a soma das duas rotações.

Um dos primeiros computadores analógicos foi o Mecanismo de Antikythera, construído por volta de 100-200 aC. Ele envolvia uma série de engrenagens de bronze interligadas de tal forma que o movimento de certos mostradores era análogo ao movimento do sol e da lua. Também era capaz de prever eclipses com décadas de antecedência.

Para adicionar dois números de oito bits, são necessários cerca de 50 transistores. Com um computador analógico, no entanto, podemos adicionar duas correntes simplesmente conectando dois fios. Da mesma forma, para multiplicar dois números, precisamos de milhares de transistores. Ao contrário, podemos passar uma corrente (I Ampère) por um resistor (R-Ohm), e a queda de potencial nas duas pontas do fio seria I*R, ou seja, o produto de dois números.

Computadores analógicos são poderosos, rápidos e eficientes em termos de energia. No entanto, os computadores digitais os substituíram porque são de uso único e imprecisos e, como as entradas são contínuas, é difícil repetir o processo exatamente.

Na IA, os computadores analógicos foram usados ​​para várias tarefas, incluindo reconhecimento de padrões, tomada de decisão e controle. Por exemplo, eles foram usados ​​para treinar redes neurais, que são modelos de aprendizado de máquina inspirados na estrutura e função do cérebro humano. Computadores analógicos também foram usados ​​para implementar sistemas de IA baseados em regras que usam regras específicas para tomar decisões ou realizar ações.

Apesar de seu uso generalizado no passado, os computadores analógicos não são mais tão comuns em IA e aprendizado de máquina, em grande parte devido ao advento dos computadores digitais. Os computadores digitais são muito mais rápidos e confiáveis ​​do que os computadores analógicos e podem armazenar e processar quantidades muito maiores de dados. Além disso, os computadores digitais são mais fáceis de programar e manter, o que os tornou a escolha preferida para a maioria dos aplicativos de IA e aprendizado de máquina.

Há uma tendência crescente de usar redes neurais maiores em aplicativos de aprendizado de máquina e inteligência artificial. Essa tendência é impulsionada pela necessidade de melhorar o desempenho em tarefas cada vez mais complexas e pela disponibilidade de mais dados, hardware e algoritmos para dar suporte ao treinamento de redes maiores. No entanto, existem alguns desafios associados a esse aumento da demanda.

À medida que os computadores digitais se aproximam de seus limites, as redes neurais ganharam ampla popularidade, com grande parte de sua funcionalidade centrada na multiplicação de matrizes. Além disso, as redes neurais não exigem os cálculos precisos dos computadores digitais, pois uma confiança de 98% ou 95% na classificação de uma imagem como um cachorro é suficiente. Esses fatores apresentam uma excelente oportunidade para os computadores analógicos assumirem um papel muito mais importante na IA.

IA Mítica é uma startup de computação analógica que cria chips analógicos para executar redes neurais. Diferentes algoritmos de IA, como detecção de movimento, estimativa de profundidade, classificação de objetos, etc., são executados no domínio analógico.

A Mythic modificou as células de armazenamento flash digital para tornar isso possível. Essas células são normalmente usadas para armazenamento de memória e podem conter um ou zero. Uma tensão positiva aplicada ao portão de controle permite que os elétrons passem por uma barreira isolante e fiquem presos no portão flutuante. A tensão pode então ser removida e os elétrons permanecerão no portão flutuante por um longo tempo, impedindo que a corrente flua pela célula.

O valor armazenado pode ser determinado pela aplicação de uma pequena tensão. Nenhuma corrente fluirá se houver elétrons na porta flutuante, indicando um zero. Se não houver elétrons, a corrente fluirá, ou seja, um.

A ideia da Mythic é usar essas células não como chaves liga/desliga, mas como resistores variáveis. Eles fazem isso colocando um número específico de elétrons em cada portão flutuante em vez de tudo ou nada. Quanto maior o número de elétrons, maior a resistência do canal. Ao aplicar uma pequena tensão, a corrente que flui é igual a V sobre R. Mas você também pode pensar nisso como tensão vezes condutância, onde a condutância é apenas o recíproco da resistência. Portanto, uma única célula flash pode ser usada para multiplicar dois valores juntos, voltagem vezes condutância.