Transistores são reinventados para hardware de IA

Eletr?nica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/04/2025

Neurotrans?stor

Se voc? quiser construir um computador que imite o c?rebro humano, o que o far? ser mais r?pido e consumir apenas uma fra??o da energia, o modo mais simples consiste em usar os transistores dos computadores atuais para imitar os neur?nios e as sinapses.

Ent?o voc? vai precisar de 18 transistores para criar cada neur?nio e 6 transistores para imitar cada sinapse. Ou seja, d? para ver facilmente que os transistores n?o foram talhados para isso.

Por isso, Sebastian Pazos e colegas da Universidade Nacional de Cingapura simplesmente reinventaram o trans?stor.

Pazos criou uma nova c?lula de computa??o supereficiente - que nada mais ? do que um trans?stor de sil?cio - que consegue imitar sozinha o comportamento dos neur?nios e das sinapses, o que tem potencial para revolucionar o campo da computa??o neurom?rfica.

Neur?nios e sinapses eletr?nicos s?o os dois blocos de constru??o fundamentais das redes neurais artificiais de pr?xima gera??o. Diferentemente dos computadores tradicionais, esses sistemas processam e armazenam dados no mesmo lugar, eliminando a necessidade de desperdi?ar tempo e energia transferindo dados da mem?ria para a unidade de processamento (CPU) - este conceito ? conhecido como computa??o na mem?ria, uma das principais abordagens para uma intelig?ncia artificial em hardware.

Fazer isto usando um ?nico componente eletr?nico, uma esp?cie de neurotrans?stor, ? revolucion?rio porque permite que o tamanho dos neur?nios eletr?nicos seja reduzido por um fator de 18 e o das sinapses eletr?nicas por um fator de 6. Considerando que cada rede neural artificial cont?m milh?es de neur?nios e sinapses eletr?nicos, isso pode representar um grande salto em sistemas de computa??o capazes de processar muito mais informa??es consumindo muito menos energia.

Trans?stor = neur?nio e sinapse eletr?nicos

A equipe conseguiu reproduzir os comportamentos eletr?nicos caracter?sticos dos neur?nios e das sinapses em um ?nico trans?stor de sil?cio convencional.

A chave est? em definir a resist?ncia do terminal de corpo do trans?stor para um valor espec?fico, para produzir um fen?meno f?sico chamado "ioniza??o de impacto", que gera um pico de corrente muito semelhante ao que acontece quando um neur?nio eletr?nico ? ativado. Al?m disso, ao definir a resist?ncia para outros valores espec?ficos, o trans?stor pode armazenar carga no terminal de porta, fazendo com que sua resist?ncia persista ao longo do tempo, imitando o comportamento de uma sinapse eletr?nica.

O fen?meno f?sico da ioniza??o de impacto tradicionalmente era considerado um defeito nos transistores de sil?cio, mas os pesquisadores conseguiram control?-lo e transform?-lo em uma aplica??o altamente valiosa. Fazer o trans?stor operar como um neur?nio ou como uma sinapse ? t?o simples quanto selecionar a resist?ncia apropriada para o terminal de corpo - o terminal de corpo, ou terminal de substrato, ? o quarto terminal dos transistores de efeito de campo de ?xido met?lico semicondutor (MOSFETs).

Al?m disso, a equipe projetou uma c?lula com dois transistores, batizada de NSRAM (Neuro-Synaptic Random Access Memory, ou mem?ria de acesso aleat?rio neurossin?ptica), que permite alternar entre os modos de opera??o (neur?nio ou sinapse), oferecendo grande versatilidade na fabrica??o, j? que ambas as fun??es podem ser reproduzidas usando um ?nico bloco, sem a necessidade de dopar o sil?cio para atingir valores espec?ficos de resist?ncia do substrato.

"Tradicionalmente, a corrida pela supremacia em semicondutores e intelig?ncia artificial tem sido uma quest?o de for?a bruta, vendo quem poderia fabricar transistores menores e arcar com os custos de produ??o que v?m com isso. Nosso trabalho prop?e uma abordagem radicalmente diferente, baseada na explora??o de um paradigma de computa??o usando neur?nios e sinapses eletr?nicos altamente eficientes," disse Pazos.

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