Các nhà khoa học Trung Quốc vừa ra mắt hai con chip trí tuệ nhân tạo (AI) tiêu thụ năng lượng cực thấp với hiệu suất phá kỷ lục tại Hội nghị Mạch tích hợp trạng thái rắn Quốc tế IEEE (ISSCC) 2024.
Theo South China Morning Post, chip AI được thiết kế đặc biệt để xử lý các tác vụ AI, thường tiêu thụ điện năng đáng kể do những yêu cầu tính toán nặng nề, điều này đã hạn chế ứng dụng của chúng trong các tình huống thực tế.
Tuy nhiên, giáo sư Chu Quân và nhóm của ông, từ Đại học Khoa học và Công nghệ Điện tử Trung Quốc (UETC) đã tìm cách giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng này thông qua việc tối ưu hóa thuật toán và thiết kế.
ISSCC là hội nghị toàn cầu thường niên về các mạch tích hợp thể rắn, nơi các nhà nghiên cứu, kỹ sư và chuyên gia giỏi nhất gặp nhau để thảo luận về những phát triển mới và tương lai của công nghệ chip. Hội nghị năm nay được tổ chức tại San Francisco (Mỹ) từ ngày 18 đến ngày 22.2.
Chip AI đầu tiên trong số hai con chip được ra mắt, được thiết kế để nhúng vào các thiết bị thông minh nhằm cho phép điều khiển bằng giọng nói ngoại tuyến.
Con chip này vượt trội trong việc phát hiện từ khóa và xác minh người nói bằng cách nhận dạng tín hiệu giọng nói của người nói, thậm chí trong môi trường nhiều tiếng ồn (như tivi, âm nhạc hoặc người khác đang nói chuyện) vốn gây trở ngại cho dòng chip nhận dạng giọng nói truyền thống. Các chip thông thường cũng có xu hướng tiêu thụ điện năng khi thức dậy từ trạng thái ngủ hoặc thường xuyên bị kích hoạt một cách không cần thiết.
Nhóm của ông Chu đã đề xuất một thiết kế mới có thể khắc phục những hạn chế này thông qua nhiều phương pháp tối ưu hóa, bao gồm công cụ tính toán động, mạch khử nhiễu thích nghi cũng như mạch tích hợp giữa nhận dạng từ khóa và loa. “Con chip đạt được mức tiêu thụ năng lượng nhận dạng đơn lẻ dưới 2 microjoule, tỷ lệ chính xác trên 95% trong các không gian yên tĩnh và 90% trong môi trường ồn ào, thiết lập một chuẩn mực toàn cầu mới về hiệu quả điện năng và độ chính xác”, theo báo cáo trên trang web Đại học Khoa học và Công nghệ Điện tử Trung Quốc.
Trong một cuộc trình diễn hệ thống, con chip 1 cm2 này đã được tích hợp vào bộ vi điều khiển 3 cm x 3 cm bên trong một chiếc ô tô đồ chơi để điều khiển chuyển động của nó. Con chip này cũng có các ứng dụng trong các tình huống điều khiển bằng giọng nói tiêu tốn ít năng lượng như nhà thông minh, thiết bị đeo và đồ chơi thông minh.
Con chip thứ hai mà nhóm ông Chu trình bày tại hội nghị được thiết kế để phát hiện các tín hiệu co giật ở những người bị động kinh. Được tạo ra để sử dụng trong các thiết bị đeo, nó sử dụng khả năng nhận dạng điện não đồ (EEG) để cảnh báo về một cơn động kinh sắp diễn ra, từ đó bệnh nhân có thể chủ động tìm kiếm sự trợ giúp hoặc điều trị y tế.
“Các thiết kế hiện tại dựa vào dữ liệu về cơn động kinh của bệnh nhân để đào tạo nhằm đạt được độ chính xác cao, một quá trình tốn thời gian và chi phí do tỷ lệ xảy ra cơn động kinh và nhu cầu nhập viện thấp”, báo cáo cho biết. Để giải quyết thách thức này, các nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa thuật toán cho phép mô hình AI có thể đưa ra dự đoán chính xác về dữ liệu chưa xuất hiện mà không cần thu thập tín hiệu động kinh của bệnh nhân. Kết quả này đạt tỷ lệ chính xác trên 98%.
Trước khi sử dụng, bệnh nhân chỉ cần đeo thiết bị để hiệu chuẩn trong hai phút ở trạng thái tự nhiên, cho phép thiết bị nhận biết các đặc điểm tín hiệu riêng lẻ. Với những cải tiến bổ sung về công cụ trích xuất tính năng và công cụ học tập trên chip, mức tiêu thụ năng lượng nhận dạng trung bình của con chip này chỉ khoảng 0,07 microjoule. Đây là thiết kế tiết kiệm năng lượng nhất thuộc loại này trên toàn thế giới.
Báo cáo chính thức lưu ý rằng độ chính xác đã được cải thiện 10% và mức tiêu thụ năng lượng giảm hơn 90% so với một con chip khác được trình bày tại hội nghị năm ngoái.
“Con chip này cũng có những ứng dụng tiềm năng vượt ngoài khả năng phát hiện cơn động kinh, bao gồm các giao diện não-máy tính khác và theo dõi giấc ngủ”, báo cáo cho biết thêm.
Trong một cuộc trình diễn tại ISSCC, các tín hiệu EEG của người dùng trong thời gian thực được thu thập từ thiết bị giao diện não-máy tính có thể đeo sẽ được truyền đến bảng thử nghiệm qua bluetooth. Con chip này được cấu hình lại để xác định các lệnh động cơ tưởng tượng, cho phép điều khiển chuyển động của robot để di chuyển về phía trước, dừng lại hoặc di chuyển lùi.
Đội ngũ của ông Chu có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực chip xử lý thông minh, đóng góp vào các dự án nghiên cứu và phát triển trọng điểm của Trung Quốc. Nhóm của ông Chu cũng có quan hệ đối tác với các công ty hàng đầu Trung Quốc như công ty AI SenseTime, gã khổng lồ viễn thông Huawei Technologies và nhà sản xuất linh kiện điện tử BOE.