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Ciencia y Tecnología

Semron busca reemplazar los transistores en chip con ‘memcapacitores’

Una nueva startup con sede en Alemania, Semrón está desarrollando lo que describe como chips “escalados en 3D” para ejecutar modelos de IA localmente en teléfonos inteligentes, auriculares, cascos de realidad virtual y otros dispositivos móviles.

Cocreados por Kai-Uwe Demasius y Aron Kirschen, graduados en ingeniería de la Universidad Tecnológica de Dresde, los chips de Semron utilizan campos eléctricos para realizar cálculos en lugar de corrientes eléctricas, el medio de los procesadores convencionales. Esto permite que los chips alcancen una mayor eficiencia energética y al mismo tiempo mantengan bajos los costos de fabricación para producirlos, afirma Kirschen.

“Debido a la esperada escasez de recursos informáticos de IA, muchas empresas con un modelo de negocio que depende del acceso a dichas capacidades arriesgan su existencia; por ejemplo, grandes empresas emergentes que entrenan sus propios modelos”, dijo Kirschen en una entrevista por correo electrónico. “Las características únicas de nuestra tecnología nos permitirán alcanzar el precio de los chips actuales para dispositivos electrónicos de consumo, aunque nuestros chips sean capaces de ejecutar IA avanzada, algo que otros no pueden hacer”.

Los chips de Semron, para los cuales Demasius y Kirschen presentaron una patente inicial en 2016, cuatro años antes de fundar Semron, aprovechan un componente algo inusual conocido como “memcapacitor”, o condensador con memoria, para ejecutar cálculos. La mayoría de los chips de computadora están hechos de transistores que, a diferencia de los capacitores, no pueden almacenar energía; simplemente actúan como interruptores de “encendido/apagado”, ya sea dejando pasar una corriente eléctrica o deteniéndola.

Los memcapacitores de Semron, fabricados con materiales semiconductores convencionales, funcionan aprovechando un principio conocido en química como blindaje de carga. Los memcapacitores controlan un campo eléctrico entre un electrodo superior y un electrodo inferior a través de una “capa protectora”. La capa protectora, a su vez, está controlada por la memoria del chip, que puede almacenar los diferentes “pesos” de un modelo de IA. (Los pesos actúan esencialmente como botones en un modelo, manipulando y ajustando su rendimiento a medida que entrena y procesa datos).

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El enfoque del campo eléctrico minimiza el movimiento de los electrones a nivel del chip, reduciendo el uso de energía y el calor. Semron pretende aprovechar las propiedades reductoras de calor del campo eléctrico para colocar hasta cientos de capas de memcapacitores en un solo chip, aumentando considerablemente la capacidad de cómputo.

Un esquema que muestra el diseño del chip de IA 3D de Semron.

“Utilizamos esta propiedad como un habilitador para implementar cientos de veces más recursos informáticos en un área de silicio fija”, añadió Kirschen. “Piense en ello como cientos de chips en un solo paquete”.

En un 2021 estudiar publicado en la revista electrónica de la naturaleza, Investigadores de Semron y el Instituto Max Planck de Física de Microestructuras entrenaron con éxito un modelo de visión por computadora con eficiencias energéticas de más de 3500 TOPS/W, entre 35 y 300 veces más que las técnicas existentes. TOPS/W es un poco métrica vaga pero la conclusión es que los memcapacitores pueden generar reducciones drásticas en el consumo de energía mientras se entrenan modelos de IA.

Ahora, son los primeros días para Semron, que según Kirschen se encuentra en la etapa de “preproducto” y tiene ingresos “insignificantes” que demostrar. A menudo, la parte más difícil de impulsar la puesta en marcha de un chip es la fabricación en masa y lograr una base de clientes significativa, aunque no necesariamente en ese orden.

Lo que hace las cosas más difíciles para Semron es el hecho de que tiene una dura competencia en empresas de chips personalizados como Kneron, EnCharge y Tenstorrent, que en conjunto han recaudado decenas de millones de dólares en capital de riesgo. EnCharge, al igual que Semron, está diseñando chips de computadora que usan capacitores en lugar de transistores, pero usando una arquitectura de sustrato diferente.

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Sin embargo, Semron, que tiene una fuerza laboral de 11 personas que planea aumentar en alrededor de 25 personas para fin de año, ha logrado atraer financiación de inversores como Join Capital, SquareOne, OTB Ventures y Onsight Ventures. Hasta la fecha, la startup ha recaudado 10 millones de euros (~10,81 millones de dólares).

Georg Stockinger, socio de SquareOne, dijo por correo electrónico:

“Los recursos informáticos se convertirán en el 'petróleo' del siglo XXI. Con grandes modelos de lenguajes ávidos de infraestructura conquistando el mundo y la ley de Moore alcanzando los límites de la física, un enorme cuello de botella en los recursos informáticos dará forma a los años venideros. El acceso insuficiente a la infraestructura informática ralentizará enormemente la productividad y la competitividad tanto de las empresas como de los Estados-nación enteros. Semron será un elemento clave para resolver este problema al proporcionar un nuevo chip revolucionario que está inherentemente especializado en computar modelos de IA. Rompe con el paradigma informático tradicional basado en transistores y reduce los costos y el consumo de energía para una tarea informática determinada al menos 20 veces”.

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