Coreia do Sul pretende multiplicar por 100 a eficiência dos chips de IA até 2035

Uma missão de semicondutores centrada na poupança de energia

A Coreia do Sul pretende aumentar a eficiência da computação em IA de cerca de dois tokens por watt atualmente para 200 até 2035, envolvendo a Samsung Electronics, a SK hynix e a fabricante de equipamentos para semicondutores Jusung Engineering numa missão de investigação governamental. O plano combina uma melhoria de 8,8 vezes no desempenho computacional com uma redução de 11,4 vezes no consumo de energia, visando aproximadamente 100 vezes mais capacidade de computação por watt.

O Ministério da Ciência e das TIC lançou em Seul, a 14 de outubro, comissões de gestão e técnicas para a missão de semicondutores K Moonshot. Participam mais de 20 especialistas do governo, da indústria, de universidades e de instituições de investigação. A sua tarefa é desenvolver tecnologias fundamentais que respondam a duas limitações interligadas da computação em IA: a energia consumida na transferência de dados e a dificuldade em fornecer esses dados aos processadores com rapidez suficiente.

A iniciativa para os semicondutores é uma das 12 missões do K Moonshot, um programa que combina a IA com a ciência e a tecnologia para enfrentar desafios nacionais. A sua ambição central é construir sistemas de computação em torno da memória, em vez de a tratar como um armazenamento separado que tem de enviar informação constantemente para um processador.

O ministério atribuiu 25 mil milhões de won a projetos prioritários no ano seguinte ao lançamento. Trata-se de uma dotação inicial, não de um orçamento declarado para todo o programa até 2035. Esta distinção é importante porque o trabalho proposto abrange desde dispositivos e processos de fabrico até pilhas de memória, encapsulamento e plataformas de computação completas.

O que significa realmente a meta de multiplicar por 100

A missão mede a sua ambição em tokens por watt. Os tokens são as unidades de texto processadas por muitos modelos de IA generativa: por vezes palavras inteiras, outras vezes partes de palavras. Neste caso, a medida pretende expressar a quantidade de processamento de IA que um sistema consegue realizar com a energia que consome.

O cálculo por detrás da meta é coerente: 8,8 multiplicado por 11,4 é igual a 100,32. Aumentar o desempenho e, ao mesmo tempo, reduzir a energia necessária para o alcançar produziria, por isso, aproximadamente a melhoria anunciada. Passar de dois para 200 tokens por watt representa também um fator de 100.

Estes são objetivos de investigação, não resultados de um chip concluído. O anúncio não determina que modelo de IA, carga de trabalho ou configuração de computação será utilizada para medir o sucesso. Também não especifica se a medição do consumo de energia abrangerá chips individuais ou um sistema mais amplo. Essas escolhas serão importantes para comparar futuras demonstrações com o ponto de partida.

Um ganho de eficiência não significa automaticamente uma redução equivalente no consumo total de eletricidade. Se for realizado muito mais trabalho de IA, o consumo total pode ainda assim aumentar. A promessa mensurável da missão é realizar mais computação por cada watt, com objetivos separados para o desempenho e o consumo de energia.

Porque está a memória no centro da iniciativa

O ministério identifica os estrangulamentos na memória e o aumento do consumo de energia como limitações fundamentais. Na computação convencional, os processadores vão buscar dados à memória repetidamente e enviam-lhe os resultados. Quando os processadores conseguem trabalhar mais depressa do que os dados chegam, parte da sua capacidade fica por utilizar. A transferência desses dados também consome energia.

A computação centrada na memória procura reduzir esse encargo colocando o processamento dentro da memória ou mais perto dela. O objetivo vai além de tornar um chip de memória mais rápido: implica alterar a forma como o processamento, o armazenamento e a transferência de dados funcionam em conjunto.

Esta abordagem liga os dois objetivos numéricos da missão. Reduzir os atrasos na transferência de dados pode ajudar os processadores a realizar mais trabalho, enquanto encurtar ou evitar transferências pode diminuir o consumo de energia. Será necessário demonstrar se as tecnologias planeadas conseguem proporcionar ambos os benefícios à escala exigida.

O enfoque do ministério reflete também a expansão da IA para além dos modelos generativos executados em grandes centros de computação. A IA que funciona diretamente nos dispositivos tem de respeitar os limites da bateria e da temperatura. A IA física, incluindo a robótica, tem de conciliar um processamento atempado com a gestão de energia. O anúncio não estabelece objetivos de desempenho separados para estas aplicações, mas aponta o seu crescimento como motivo para desenvolver chips mais eficientes.

Uma pilha de memória que combina DRAM e NAND

Um dos projetos prioritários da missão consiste numa nova forma proposta de memória de alta largura de banda, ou HBM. Esta combinaria verticalmente a HBD, um componente de memória baseado em DRAM, com a HBF, um componente baseado em memória flash NAND. O objetivo é reunir a velocidade da DRAM com a maior capacidade de armazenamento associada à NAND.

A DRAM permite aceder rapidamente aos dados em utilização, enquanto a memória flash NAND armazena dados sem precisar de alimentação contínua. Têm finalidades distintas e características operacionais diferentes. Combiná-las envolve, por isso, mais do que simplesmente acrescentar camadas a uma pilha de memória existente.

A conceção proposta responde à necessidade de manter acessíveis maiores quantidades de dados de IA sem permitir que as transferências entre o armazenamento, a memória e os processadores dominem o desempenho e o consumo de energia. O empilhamento vertical pretende reunir estas funções numa configuração mais compacta.

O anúncio não indica metas de capacidade, largura de banda, rendimento de fabrico ou lançamento comercial para este projeto de memória. Deve, por isso, ser entendido como uma linha de desenvolvimento, e não como o anúncio de um produto. O seu valor dependerá da capacidade de fazer funcionar em conjunto as diferentes tecnologias de memória e do desempenho da pilha resultante num sistema completo.

Três etapas até 2035

O roteiro divide o desenvolvimento em três etapas, passando de dispositivos semicondutores muito pequenos para chips empilhados e, depois, plataformas integradas. Define a seguinte sequência:

• 14 de outubro: O ministério lança em Seul as comissões de gestão e técnicas.
• 2026 a 2029: O desenvolvimento centra-se em dispositivos e processos semicondutores extremamente miniaturizados.
• 2030 a 2032: O programa avança para tecnologias de semicondutores empilhados.
• 2033 a 2035: O trabalho centra-se em plataformas integradas e demonstrações ao nível do sistema.
• 2035: A missão visa atingir 200 tokens por watt, face a cerca de dois no ponto de partida indicado.

As informações publicadas divergem quanto à data do lançamento. Uma fonte indica explicitamente 14 de outubro de 2026, enquanto outras referem 14 de outubro sem especificar o ano. A data do lançamento e o roteiro devem, por isso, ser considerados separadamente, em vez de se usar um ano incerto para atribuir uma data de calendário ao financiamento descrito como destinado ao ano seguinte.

A primeira etapa inclui tecnologia de dispositivos e processos para circuitos com dimensões inferiores a um nanómetro. Um nanómetro corresponde a mil milhões de vezes menos do que um metro. O anúncio aponta uma direção para a investigação à escala extremamente reduzida, mas não explica a que dimensões específicas se refere a meta nem apresenta um calendário de fabrico.

A etapa final é particularmente importante para o propósito declarado da missão. Um dispositivo ou componente de memória promissor não basta, por si só, para demonstrar uma eficiência de computação 100 vezes superior. As tecnologias terão de ser integradas e testadas em conjunto para determinar o desempenho de uma plataforma funcional.

O encapsulamento passa a fazer parte do plano de computação

O ministério planeia também um encapsulamento avançado que combina substratos de vidro, comunicações óticas e chips de computação. O encapsulamento é a estrutura que liga e suporta os chips, permitindo-lhes trocar dados e funcionar como um sistema. Nesta missão, faz parte da tecnologia a desenvolver, não é apenas a última etapa após a produção dos chips.

As comunicações óticas utilizam a luz para transportar informação. A sua inclusão coloca as ligações entre componentes, a par dos dispositivos e da memória, entre as áreas de investigação. Os substratos de vidro também fazem parte do trabalho de integração planeado, embora o anúncio não apresente especificações nem vantagens quantificadas para as conceções propostas.

A estratégia mais ampla reflete uma mudança descrita pelo ministério: a competição está a deixar de se centrar apenas na miniaturização de um chip e a abranger a integração de dispositivos, processos de fabrico, memória, encapsulamento e sistemas. Melhorar um componente pode trazer benefícios limitados se outro continuar a restringir a transferência de dados ou a consumir demasiada energia.

É por isso que a missão inclui demonstrações integradas que refletem as necessidades da indústria. O objetivo é testar se os avanços funcionam em conjunto em condições de computação úteis, em vez de avaliar cada resultado de investigação apenas pelo seu desempenho isolado.

Quem vai orientar a investigação

Kim Ji-young, diretor do programa para semicondutores, preside à comissão de gestão. Entre os participantes estão o Ministério da Ciência e das TIC, a Fundação Nacional de Investigação da Coreia, a Samsung Electronics, a SK hynix e a Jusung Engineering, bem como especialistas académicos e de investigação.

A comissão de gestão definirá e reverá os planos dos projetos de investigação, analisará questões importantes de execução e coordenará as decisões. Uma comissão técnica distinta elaborará o roteiro tecnológico, planeará projetos detalhados, acompanhará o progresso da investigação e gerirá as metas. Esta divisão separa a orientação do programa da sua execução técnica.

Na reunião de lançamento, os participantes debateram as prioridades para as tecnologias fundamentais, os objetivos de cada etapa, as ligações com os programas de investigação de semicondutores existentes e as demonstrações orientadas pelas necessidades da indústria. Espera-se que a Jusung Engineering contribua para o desenvolvimento de dispositivos e processos, trazendo a perspetiva de uma empresa de equipamentos a um grupo que inclui também grandes fabricantes de memória.

Kim Sung-soo, responsável no ministério pela política de investigação e desenvolvimento, afirmou que a missão deve ligar a investigação fundamental à competitividade industrial:

Vamos concentrar as capacidades da indústria, da academia e das instituições de investigação para garantir proativamente tecnologias fundamentais para os semicondutores do futuro e assegurar que os resultados da investigação se traduzem em competitividade industrial através da missão de semicondutores K-Moonshot.

O lançamento das comissões estabelece uma estrutura de governação. Por si só, não demonstra que as tecnologias propostas estejam prontas para a produção nem que as empresas participantes se tenham comprometido com produtos comerciais específicos.

Financiamento público e decisões ainda por tomar

O ministério espera que o investimento público apoie tecnologias dispendiosas e com riscos técnicos substanciais, incluindo investigação que as empresas possam ter dificuldade em financiar sozinhas. Universidades, empresas e institutos de investigação desenvolverão tecnologias fundamentais, enquanto o governo e a indústria as validarão em conjunto através de projetos de investigação.

A dotação de 25 mil milhões de won representa um compromisso de financiamento inicial para a missão. O anúncio não apresenta um orçamento total até 2035, uma distribuição do financiamento pelos participantes nem um montante de investimento empresarial correspondente. Estas lacunas limitam as conclusões possíveis sobre a dimensão do esforço global.

Vários detalhes técnicos também continuam sem ser divulgados: o parâmetro de referência para medir os tokens por watt, o âmbito exato da medição do consumo de energia, as especificações da pilha que combina DRAM e NAND e os critérios de aceitação das demonstrações integradas. São decisões práticas que determinarão se será possível medir o progresso de forma coerente face à meta anunciada.

O roteiro define períodos de desenvolvimento gerais, mas não apresenta datas específicas para novas audições, decisões de financiamento ou lançamentos de produtos. O próximo trabalho substancial cabe às comissões: transformar a missão em projetos detalhados, definir objetivos mensuráveis e ligar a investigação aos programas existentes. O principal teste será saber se os avanços na memória, nos dispositivos e no encapsulamento produzem a eficiência prometida quando combinados.

Principais pontos

• A Coreia do Sul pretende aumentar a eficiência da computação em IA de cerca de dois para 200 tokens por watt até 2035.
• A meta combina uma melhoria de 8,8 vezes no desempenho com uma redução de 11,4 vezes no consumo de energia.
• A Samsung Electronics, a SK hynix e a Jusung Engineering participam ao lado do governo, de universidades e de instituições de investigação.
• Uma pilha de memória proposta combinaria HBD baseada em DRAM com HBF baseada em NAND.
• O roteiro abrange tecnologias de semicondutores miniaturizados entre 2026 e 2029, chips empilhados entre 2030 e 2032 e plataformas integradas entre 2033 e 2035.
• O ministério atribuiu 25 mil milhões de won a projetos prioritários iniciais, mas não indicou um orçamento total até 2035.
• Não foram especificados os parâmetros de referência nem as datas de lançamento comercial.