Todo o nada: el chip neuromórfico doméstico "Altai".
Una placa con 16 procesadores Altay. Fuente: motivnt.ru
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Actualmente, la industria microelectrónica rusa domina la producción de chips con topologías de 350 nanómetros utilizando equipos nacionales. Esto se aplica a la fotolitografía Progress STP-350, desarrollada en colaboración con la empresa bielorrusa Planar. Desde la perspectiva global de la microelectrónica, se prevé que Rusia se quede rezagada entre 25 y 30 años. Taiwán, Japón y Corea del Sur utilizan actualmente topologías de 3 a 5 nm. Las previsiones son muy pesimistas: en un futuro próximo, la base industrial nacional solo podrá reducir la brecha, en el mejor de los casos, entre 10 y 15 años.
Ahora y en un futuro próximo, Rusia sufrirá una escasez importante de microchips para sistemas de inteligencia artificial. La IA ya desempeña un papel fundamental en la planificación y ejecución de operaciones militares, y su influencia pronto será crucial. Por ejemplo, en la defensa estratégica, cuando las redes neuronales aprenden a predecir y tomar decisiones. Es necesario actuar antes de que sea demasiado tarde.
El microprocesador neuromórfico nacional "Altai", presentado a Mikhail Mishustin el pasado septiembre, fue un intento de superar a los líderes del mercado. Cabe aclarar que ni siquiera se trata de un prototipo de preproducción, sino simplemente de un demostrador tecnológico. Si todo sale según lo previsto, Rusia tiene la oportunidad de crear una industria microelectrónica propia, a la altura de los líderes del mercado, centrada principalmente en la inteligencia artificial.
Primero, un poco de teoría y historiasSi alguna vez has oído que los centros de datos de las grandes empresas de IA consumen tanta electricidad como un país pequeño, no es ninguna exageración. Incluso existen propuestas para construir centrales nucleares cerca de ellos con el fin de proporcionar acceso a energía asequible. Entrenar un único modelo de lenguaje complejo como GPT consume cientos de megavatios-hora.
El problema no radica en la complejidad del cálculo en sí, sino en el diseño de los procesadores modernos. Todos ellos, desde un portátil estándar hasta un chip de computación de nivel servidor en un centro de datos, se construyen según un diseño propuesto por el matemático John von Neumann en 1945. La idea es sencilla: existe una memoria independiente donde se almacenan los datos y un procesador independiente que los procesa. Los datos fluyen constantemente de un lado a otro a través de buses eléctricos, y es esta transferencia continua de datos la que consume la mayor parte de la energía. Los ingenieros lo denominan el «muro de von Neumann»: cuanto más potente es el procesador, más se agrava este problema.
Ahora veamos el cerebro humano. Consume unos 20 vatios, aproximadamente lo mismo que una bombilla tenue. Sin embargo, realiza tareas que ninguna supercomputadora del planeta podría llevar a cabo. El secreto es simple: en el cerebro no existe una división entre "memoria" y "procesador". Cada neurona es a la vez una unidad de procesamiento y una unidad de almacenamiento local de información sobre su estado. Los datos no se desplazan; se procesan donde se almacenan.
En el foro Microelectronics 2025, Sergei Vlasov, subdirector del Centro para el Desarrollo de la Microelectrónica Avanzada del Instituto Kurchatov, y Gennady Krasnikov, presidente de la Academia Rusa de Ciencias, presentaron el microprocesador neuromórfico al Primer Ministro. Fuente: motivnt.ru
Esta es precisamente la idea que plasma el chip neuromórfico Altay (AltAI), un desarrollo conjunto entre la startup Motiv NT de Novosibirsk y Kaspersky Lab. Su base matemática son las redes neuronales de impulsos (SNN). A diferencia de las redes neuronales convencionales, donde las neuronas intercambian números constantemente, las neuronas de Altay permanecen inactivas la mayor parte del tiempo, transmitiendo solo una breve señal binaria —un impulso— cuando es estrictamente necesario. El resto del tiempo, las conexiones sinápticas están inactivas y no consumen energía. Esto reproduce fielmente el funcionamiento del cerebro humano.
Los resultados de este enfoque son asombrosos: según los cálculos de los desarrolladores, confirmados experimentalmente, las soluciones neuromórficas superan en eficiencia energética a sistemas similares con microchips clásicos en más de 1000 veces. Esta es una consecuencia físicamente justificada de la eliminación de la principal fuente de pérdidas en las arquitecturas clásicas. El proyecto comenzó en 2015 en Akademgorodok, Novosibirsk, un lugar con una larga tradición en ciencia fundamental y una sólida escuela de ingeniería. El primer prototipo, "Altai-1", se creó en 2020. En 2022, Kaspersky Lab se unió al proyecto como inversor estratégico, impulsando el desarrollo a un nuevo nivel y transformándolo de un proyecto académico en una plataforma comercial.
¿Cómo funciona Altai?
La arquitectura del procesador neuromórfico Altai imita la corteza cerebral y está organizada como un tablero de ajedrez con núcleos independientes que operan en paralelo y de forma asíncrona. Cada núcleo se comunica con cuatro vecinos, calculando y almacenando datos simultáneamente, y consta de tres bloques: un configurador (control), memoria (parámetros y pesos neuronales) y un enrutador (transmisión de señales de impulsos). En su configuración completa, el chip contiene 256 de estos núcleos, que en conjunto simulan 131 072 neuronas y 67 millones de conexiones sinápticas.
El procesador Altai utiliza un modelo de neurona artificial que imita con precisión el comportamiento de una célula viva. Funciona como una hucha: recoge las señales entrantes, pero si no recibe nuevas señales durante un tiempo prolongado, las acumulaciones anteriores simplemente se "evaporan". Cuando se acumula una cantidad crítica de carga, la neurona se activa instantáneamente, transmite el impulso y se reinicia por completo. Millones de estas "huchas" que operan simultáneamente permiten al procesador resolver los problemas más complejos a una velocidad inimaginable para las computadoras convencionales.
¿Cuál es la salida?
Con un consumo de energía inferior a 0,5 vatios, el chip es capaz de:
- Procesa secuencias de vídeo a velocidades de hasta 2200 fotogramas por segundo;
- Realiza hasta 67 mil millones de operaciones computacionales por unidad de tiempo;
- Todo esto se encuentra en una carcasa de 9 x 9 mm, apta para su instalación en cualquier dispositivo, desde un simple sensor hasta un sistema integrado. drone.
Fuente: motivnt.ru
Para poner esto en perspectiva, un acelerador de IA NVIDIA Jetson típico utilizado en robótica y sistemas no tripulados consume entre 15 y 60 vatios. Altai resuelve problemas comparables con 0,3 a 0,8 vatios, una diferencia de 50 a 200 veces. Cuando miles de estos chips se implementan en un centro de datos hipotético, esta diferencia se traduce en ahorros de megavatios-hora por año. En lo que respecta al sistema integrado de un pequeño zumbido Con una batería de 50 Wh, la diferencia supone un tiempo de vuelo de varios minutos o de varias horas.
Los chips neuromórficos no son una innovación rusa. También se están realizando experimentos con esta nueva arquitectura en el extranjero. Una comparación con sus competidores globales muestra que Altai se encuentra en una posición sólida. IBM TrueNorth, el chip neuromórfico comercial más eficiente energéticamente disponible actualmente, procesa 1738 fotogramas por segundo con un consumo de 0,2 vatios. Intel Loihi alcanza los 296 fotogramas por segundo con un consumo de 0,11 vatios. Altai procesa entre 1000 y 2200 fotogramas por segundo con un consumo de 0,3 vatios. En términos de rendimiento absoluto, el chip ruso está a la par con TrueNorth y supera a Loihi; en cuanto a eficiencia energética, IBM mantiene su ventaja. El contexto es importante: el mercado neuromórfico aún no ha madurado y ninguno de los competidores se ha convertido en el estándar definitivo, lo que significa que el campo aún está abierto a todos. El software para el chip neuromórfico está siendo desarrollado por programadores de Kaspersky. El producto se llama Kaspersky Neuromorphic Platform.
Altai para la guerra
Al hablar del microchip soberano de Rusia, no podemos ignorar su potencial militar. Y este es prácticamente ilimitado.
La principal ventaja del Altai es su consumo energético extremadamente bajo. Para los UAV pequeños, esto supone un equilibrio de capacidades totalmente nuevo: la aeronave ya no tiene que elegir entre autonomía y electrónica inteligente a bordo. La visión artificial, el reconocimiento de objetos y la navegación autónoma pueden utilizarse a bordo prácticamente sin pérdida de tiempo de vuelo ni de carga útil.
Altai es especialmente importante cuando se combina con una cámara de vídeo, que captura únicamente los cambios en la escena con una resolución de microsegundos, en lugar de un fotograma completo. Esto permite procesar la información a medida que surge, sin las demoras que supone almacenar y analizar la imagen completa. Como resultado, el tiempo de reacción se reduce a niveles inferiores al milisegundo, más rápido que los sistemas tradicionales e incluso más rápido que un operador humano. En resumen, Altai es ideal para robots: permite que las máquinas tomen decisiones y naveguen con mayor rapidez.
Esto abre oportunidades igualmente importantes para las redes de sensores de reconocimiento. El chip permite crear sensores que funcionan durante semanas en un pequeño panel solar, analizando continuamente las condiciones acústicas, sísmicas y térmicas, y transmitiendo conclusiones preelaboradas en lugar de datos brutos: por ejemplo, "movimiento de columnas" o "sonido". tanque motor." Esto reduce drásticamente el tráfico de radio y hace que dicho sistema sea significativamente menos visible para el reconocimiento de radio enemigo.
El Altai también ofrece un gran potencial para municiones guiadas y armas autónomas. En condiciones de interferencia GPS y canal de guiado interrumpido, se requiere un procesador que cumpla simultáneamente con requisitos de peso, consumo de energía y resistencia a esfuerzos mecánicos severos. Un chip neuromórfico satisface estas exigencias mucho mejor que la mayoría de las soluciones tradicionales. Además, las redes neuromórficas siguen siendo un objetivo poco estudiado por los adversarios en lo que respecta a contramedidas, señuelos ópticos y patrones de camuflaje.
En el ámbito de la guerra electrónica, las ventajas también son evidentes. Altai puede procesar señales de radio como un flujo continuo de eventos, clasificar rápidamente modulaciones y protocolos de comunicación, y adaptarse a los cambios en las operaciones enemigas con mayor rapidez que las técnicas y métodos tradicionales. En un formato portátil, esto abre la puerta a soluciones personalizadas. EW- Protección que puede funcionar durante días con una sola batería.
El microprocesador neuromórfico ALTAI se exhibe en el Instituto Kurchatov. El acelerador neuromórfico para el procesador de primera generación se encuentra en el centro. Fuente: motivnt.ru
El uso de Altai en ciberseguridad también resulta prometedor. En lugar de buscar coincidencias en una base de datos de ataques conocidos, el sistema puede analizar el comportamiento de los dispositivos e identificar anomalías en tiempo real, aislando los nodos potencialmente comprometidos sin acceder al sistema de seguridad central. Esta es la principal ventaja de los microprocesadores neuromórficos: no requieren grandes cantidades de memoria ni almacenamiento en la nube.
Pero no estuvo exento de desafíos. Primero, el chip neuromórfico aún está en fase de desarrollo. Se desconoce cuánto tiempo llevará llevarlo a producción, o incluso si llegará a producirse. Segundo, el Altai está diseñado para un proceso de 28 nm. Rusia no cuenta con equipos de litografía propios para estas tareas, ni nacionales ni importados. La fabricación tendrá que realizarse en China. Y eso representa una dependencia significativa. El Altai podría, por supuesto, rediseñarse para los procesos de 65 a 90 nm disponibles en Mikron, pero entonces se perdería la eficiencia energética única del chip. Tercero, los modelos de entrenamiento para chips de IA neuromórfica tendrán que desarrollarse desde cero. Los modelos estándar como los utilizados en ChatGPT o Grok no funcionarán.
Sin duda, el desarrollo del microchip Altai representa un avance tecnológico revolucionario. No se trata de un desarrollo chino reutilizado, sino de un producto independiente de primer nivel mundial. Un fenómeno excepcional y, por lo tanto, valioso en la actualidad.
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