TPU 3D Printing vs. Tensor Processing Unit: A Guide to the Two Worlds of TPU

Este nome curto, TPU, representa duas tecnologias muito diferentes que estão a mudar o mundo. Este artigo é a minha forma de explicar a diferença para que seja fácil de entender. Já alguma vez teve curiosidade acerca do TPU? Talvez queira fazer peças flexíveis com uma impressora 3D. Ou talvez queira acelerar a IA. Se sim, este post é para si. Vou explicar as duas coisas de uma forma simples, para que saibas exatamente de que TPU precisas para o teu trabalho.

Qual é a grande confusão em torno do acrónimo TPU?

É fácil perceber porque é que as pessoas ficam confusas. Por um lado, temos TPU para impressão 3D. Este é um material real que se pode segurar na mão. É um tipo de plástico. Pode pensar-se nele como uma mistura de borracha e plástico. Quando ouvimos as pessoas falarem em criar capas de telemóvel flexíveis ou vedantes resistentes com uma impressora 3D, normalmente estão a falar deste excelente material TPU. Trata-se de fazer coisas reais com caraterísticas especiais. Já vi este TPU ser utilizado para criar muitas coisas. Por exemplo, pode criar um punho de toque suave numa ferramenta eléctrica ou um novo design para uma sola de sapato.

Do outro lado da tecnologia, temos a Unidade de Processamento Tensorial. Também é chamada de TPU. Esta TPU não é um material em que se possa tocar. É uma parte de um computador, um chip especial fabricado pela Google. Pode pensar-se nele como um cérebro super-rápido que foi concebido para fazer apenas uma tarefa. Essa tarefa é a inteligência artificial e a aprendizagem automática. Quando se ouve os engenheiros falarem de formação modelos de aprendizagem automática ou fazer computação mais rápido, estão a falar desta poderosa TPU. Esta TPU é uma circuito integrado específico da aplicação. Esta é uma forma elegante de dizer que é um chip construído para um único trabalho. O seu objetivo é resolver os enormes problemas matemáticos necessários para coisas como processamento de linguagem natural. Cumpre muito bem esta função. A confusão faz sentido, mas é importante saber a diferença.

Vamos falar de impressão 3D: O que é o poliuretano termoplástico (TPU)?

Então, vamos olhar atentamente para o primeiro TPU: Poliuretano termoplástico. Este é o meu material flexível preferido para utilizar numa impressora 3D. Basicamente, o TPU é uma espécie de fio de plástico flexível, chamado filamento. Faz parte de um grupo maior de plásticos chamados elastómeros termoplásticos (TPEs). O que torna o TPU especial é a sua mistura única de caraterísticas. Tem um toque de borracha e pode esticar-se muito bem. Mas também é um termoplástico. Isto significa que é possível aquecê-lo para o derreter e dar-lhe uma forma. Por exemplo, numa impressora 3D extrusora. Quando arrefecer, manterá a forma.

A magia do TPU deve-se à forma como é fabricado. É constituído por partes duras e partes moles. As partes duras conferem-lhe resistência e durabilidade. As partes macias conferem-lhe uma grande flexibilidade e capacidade de esticar. É por isso que uma peça de TPU pode dobrar-se e esticar-se sem se partir. Depois, volta imediatamente à sua forma original. Diferentes tipos de filamentos de TPU têm diferentes níveis de dureza. Isto é medido numa escala chamada Dureza Shore. Isto permite-lhe escolher a quantidade perfeita de flexibilidade para o seu projeto. Pode fazer qualquer coisa, desde um brinquedo macio a uma peça dura e algo rígida para uma máquina. O TPU pode ser utilizado de muitas formas.

Porque devo utilizar TPU para impressão 3D?

Esta pergunta é-me feita com frequência. As pessoas perguntam porque é que devem escolher o TPU em vez de outros materiais. A resposta simples é que o TPU oferece uma mistura de aspectos positivos que não se encontram noutros materiais. A coisa mais importante é a sua mistura de resistência e flexibilidade. Uma peça impressa em TPU pode suportar uma utilização difícil. Tem uma grande resistência ao impacto. Isto significa que pode ser largada ou atingida e não se partirá em pedaços. Também tem uma fantástica resistência à abrasão. Por isso, não se desgastará facilmente com a fricção. Isto torna-o perfeito para peças que precisam de se mover, dobrar ou sofrer choques.

Outra razão pela qual sugiro frequentemente a impressão 3D em TPU é a sua resistência química. Muitos filamentos de TPU resistem bem a óleos, gorduras e muitos produtos químicos comuns. Esta é uma grande vantagem em aplicações automotivas e industriais. Além disso, os TPUs oferecem grande durabilidade. As peças feitas de TPU duram muito tempo, mesmo quando as condições são difíceis. Pode ser um pouco mais difícil de imprimir em 3D do que os plásticos normais. Mas as peças finais valem o esforço. Quando precisa de uma peça que seja forte, flexível e que dure muito tempo, o TPU é quase sempre a melhor escolha. As propriedades mecânicas do TPU são simplesmente muito boas para este tipo de trabalhos.

Quais são os melhores casos de uso para uma peça de TPU impressa em 3D?

Esta é a parte emocionante. Devido às suas caraterísticas especiais, o TPU pode ser utilizado de muitas formas fantásticas. Pessoalmente, utilizei o TPU em muitos projectos diferentes. Na área dos bens de consumo, vê-se TPU em todo o lado. Pense nas capas de telemóvel flexíveis e nas braceletes de relógio. Pense também nas pegas de toque suave das lâminas de barbear ou das escovas de dentes. Estes são óptimos para aplicações como as que necessitam de um toque suave e de grande durabilidade. A impressão 3D em TPU permite fazer desenhos personalizados e pequenas quantidades destes artigos. Isto faz com que seja uma escolha muito económica.

Em áreas mais técnicas, o TPU é muito útil. No mundo automóvel, é utilizado para fabricar juntas, vedantes e tubos flexíveis personalizados. A sua capacidade de resistir a químicos e a vibrações torna-o uma óptima escolha. Também já vi utilizações fantásticas em dispositivos médicos. O TPU não é nocivo e pode ser limpo para ficar livre de germes. Por este motivo, é utilizado para coisas como revestimentos personalizados para membros artificiais e guias flexíveis para cirurgia. A capacidade de imprimir em 3D peças flexíveis com geometria difícil permite-nos fazer coisas novas. Para qualquer projeto em que necessite de peças que requeiram uma mistura de suavidade, resistência e dureza, deve realmente pensar em utilizar TPU.

Agora, o que é uma unidade de processamento de tensor (TPU)?

Vamos agora mudar de assunto e falar sobre a outra TPU: a Unidade de Processamento Tensorial. Este é um chip de computador especial. Como disse anteriormente, é um circuito integrado específico da aplicação (ASIC). Imagine uma ferramenta para muitos trabalhos, como uma chave inglesa ajustável. É como um chip de computador normal (uma CPU). Pode fazer muitos trabalhos diferentes com bastante sucesso. Agora, imagine uma chave especial feita apenas para um tipo de parafuso. Encaixa na perfeição e trabalha muito rapidamente para esse único trabalho. Isto é uma Unidade de Processamento Tensorial. O seu único trabalho é fazer um certo tipo de matemática. Essa matemática é chamada de computação tensorial e é usada no aprendizado de máquina.

A Google criou a Unidade de Processamento Tensorial para tornar as tarefas de aprendizagem automática mais rápidas. A IA moderna, especialmente modelos de aprendizagem profundaO cálculo de um número de dados, que é um número enorme de cálculos. Uma CPU normal demoraria muito tempo a efetuar este trabalho. A Unidade de Processamento Tensorial é construída desde o início para efetuar estas tarefas específicas. Isto torna todo o processo muito mais rápido e eficiente. Esta TPU não é algo que se compre para o computador em casa. É uma ferramenta poderosa utilizada em grandes centros de dados. Ajuda a executar produtos ou serviços como a Pesquisa Google, a Tradução e as Fotografias. A TPU também utiliza uma quantidade menor de energia para este trabalho do que outros chips.

Como é que as TPUs funcionam em comparação com as CPUs e GPUs?

Para perceber realmente o que torna uma Unidade de Processamento Tensorial especial, é útil compará-la com os chips que já conhece. Estes são as CPUs e as GPUs. Uma CPU (Unidade Central de Processamento) é o cérebro do computador. É feita para o trabalho geral. Foi concebida para lidar com todos os tipos de tarefas, uma a uma, como executar o sistema do computador ou abrir um sítio Web. É flexível, mas não é a mais rápida para realizar a mesma tarefa simples repetidamente ao mesmo tempo. Uma GPU (Graphics Processing Unit - unidade de processamento gráfico) foi concebida para um trabalho mais específico. Foi inicialmente concebida para criar imagens para jogos de vídeo. Isto implica efetuar milhares de cálculos simples de uma só vez para criar imagens. Este poder de fazer muitas coisas ao mesmo tempo fez das GPUs uma boa escolha para a aprendizagem automática durante muito tempo.

A Unidade de Processamento Tensorial é ainda mais especializada. As GPUs são boas a fazer muitas coisas ao mesmo tempo. Mas uma TPU foi concebida apenas para a multiplicação de matrizes no centro da computação de redes neuronais. Tem um grande número de calculadoras simples num só chip. Também tem memória de elevada largura de banda para lhes fornecer dados rapidamente. Isto significa que uma TPU pode tratar grandes quantidades de dados. Pode efetuar estes cálculos importantes muito mais rapidamente e com menos energia do que uma GPU potente. É por esta razão que as TPU são utilizadas para treinar grandes modelos de aprendizagem profunda. Pode pensar-se da seguinte forma. Se uma CPU é um único trabalhador qualificado, uma GPU é uma equipa de trabalhadores. Uma TPU é uma linha de produção completa feita apenas para uma coisa. CPUs e GPUs são óptimos, mas para grandes Aplicações de IAo TPU é frequentemente uma escolha mais adequada.

Porque é que uma Unidade de Processamento Tensorial é tão importante para a IA?

O crescimento da Unidade de Processamento Tensorial está ligado ao rápido crescimento da inteligência artificial. Os actuais aplicações de aprendizagem automática precisam de duas coisas principais. Precisam de grandes quantidades de dados e muita potência informática para trabalhar com esses dados. A TPU dá-lhes essa potência. Sem hardware especial como a TPU e GPUs potentes, a IA não teria crescido tão rapidamente nos últimos dez anos. O treino de modelos difíceis demoraria demasiado tempo e custaria demasiado dinheiro.

Uma Unidade de Processamento Tensorial permite construir e utilizar uma IA mais avançada. Por exemplo, permite criar modelos de linguagem mais corretos e complexos. Também ajuda a alimentar sistemas de visão por computador. Estes sistemas podem encontrar objectos em fotografias e vídeos com uma velocidade espantosa. Em suma, a TPU é uma ferramenta muito importante para todo o domínio da IA. Permite aos investigadores e às empresas testar ideias mais rapidamente, construir modelos maiores e melhores e dar a conhecer as vantagens da IA a mais pessoas. Este hardware especial é uma parte básica e importante dos actuais sistemas de IA. A TPU é um forte motor de computação.

TPU vs. TPU: Uma comparação direta

Para tornar as coisas muito claras, elaborei uma tabela simples. Esta mostra as diferenças entre os dois tipos de TPU. Ao vê-los um ao lado do outro, é realmente possível ver como são diferentes.

Como se pode ver, não têm nada em comum para além do nome. Uma tem a ver com o fabrico de coisas no mundo real. A outra é sobre trabalhar com informação no mundo digital. Ambas são tecnologias muito úteis, mas com objectivos totalmente diferentes.

Existem materiais semelhantes ao TPU para impressão 3D?

Quando estou a trabalhar em algo que precisa de ser flexível, o TPU é o material que normalmente escolho. Mas é útil conhecer outras opções. O principal grupo de materiais semelhantes ao TPU são outros TPE (elastómeros termoplásticos). O TPU é, de facto, um tipo de TPE. Outros filamentos de TPE podem ser um pouco mais macios ou esticar mais. Mas podem ser ainda mais difíceis de imprimir em 3D. Outra opção é o TPC (Copoliéster Termoplástico). Oferece uma boa flexibilidade e é melhor a lidar com o calor e a luz solar do que muitos filamentos TPU.

Para comparação, vejamos um plástico duro comum como o PLA ou um plástico forte como o Nylon. O PLA é muito fácil de imprimir, mas parte-se facilmente. O nylon é muito forte e tem uma grande durabilidade, mas é duro e não flexível. Por isso, quando é necessário aquele ressalto e dobra de borracha, nenhum destes materiais pode substituir o TPU. A escolha do material correto para impressão 3D depende sempre do que a peça precisa de fazer. As propriedades do material TPU, especialmente a sua excelente resistência à abrasão e excelente resistência à tração, fazem dele uma óptima escolha para 3d flexível peças.

Perguntas mais frequentes sobre a TPU (FAQ)

Para terminar, vamos responder a algumas perguntas frequentes que ouço sobre ambos os tipos de TPU.

A impressão 3D em TPU é difícil? Pode ser mais difícil de imprimir em 3D do que os materiais duros. Devido ao facto de o filamento TPU ser tão flexível, pode por vezes dobrar-se ou ficar preso na impressora 3D extrusora. Mas, com as definições corretas, é possível obter excelentes resultados. Por exemplo, é importante utilizar uma velocidade de impressão mais lenta e a quantidade correta de tração. Alterar aspectos como a espessura da parede e a retração é importante para um bom acabamento da superfície e para manter a sua integridade estrutural.

Que tipo de TPU devo utilizar na minha impressora 3D? Os filamentos de TPU existem em diferentes Dureza Shore classificações. Um número mais baixo (como 85A) é muito macio e flexível. Um número mais elevado (como 95A) é mais rígido e mais fácil de imprimir. Para a maioria das peças de TPU flexível de utilização geral, um TPU 95A é um bom ponto de partida. Alguns são à base de poliésterque podem alterar as suas caraterísticas.

Posso comprar uma unidade de processamento de tensores (TPU)? Normalmente, não. Uma unidade de processamento de tensores não é como uma CPU ou GPU que pode comprar e colocar no seu próprio computador. Elas são usadas principalmente pelo Google em seus próprios centros de dados. No entanto, é possível obter o poder das TPUs através dos serviços do Google Cloud Platform. Isto permite que qualquer pessoa pague para utilizar estas máquinas potentes para treinar os seus próprios modelos de aprendizagem automática.

Uma Unidade de Processamento Tensorial é melhor do que uma GPU para todas as tarefas de IA? Nem sempre. Uma TPU é feita para ser muito boa na parte de treino para modelos de aprendizagem profunda. Mas as GPU continuam a ser muito úteis e fortes. Para alguns tipos de aplicações de aprendizagem automática ou para a parte da "inferência" (processamento de dados no utilizador ou perto dele), uma GPU pode ser uma escolha melhor ou mais barata. O mundo dos CPUs e GPUs e TPUs está sempre a mudar.

Principais conclusões para lembrar

• Dois tipos de TPU: O nome TPU pode significar Poliuretano Termoplástico, um material flexível para impressão 3D, ou Unidade de Processamento Tensorial, um chip de computador para IA.
• TPU para impressão 3D: Trata-se de um plástico forte, flexível, semelhante à borracha, com grande resistência ao impacto e à abrasão, utilizado para fabricar peças do mundo real.
• TPU para IA: trata-se de um processador especial (Tensor Processing Unit) criado pela Google para tornar a computação de IA para modelos de aprendizagem automática muito mais rápida e utilizar menos energia.
• Conheça o seu caso de utilização: A TPU certa para si depende totalmente do seu projeto. Está a construir um objeto real ou um programa de IA?
• Mundos diferentes: Apesar de terem o mesmo nome, estas duas tecnologias são utilizadas em áreas totalmente diferentes e não fazem as mesmas coisas.