Cipul de computer inspirat de creier imită 1 milion de neuroni

Puterea creierului uman a produs un cip de computer care amintește de creierul uman.

Noul cip, raportat în 8 august Ştiinţă, renunță la designul care a stat la baza deceniilor de computere în favoarea unei arhitecturi care seamănă cu un pachet de 1 milion de neuroni. O astfel de tehnologie ar putea prinde lovitura pentru a îndeplini sarcini cu care se luptă computerele convenționale, cum ar fi identificarea obiectelor în fotografii și videoclipuri.

„Este o bucată impresionantă de siliciu”, spune Stephen Furber, inginer informatic la Universitatea din Manchester din Anglia. „Un milion de neuroni pe un singur cip este un număr mare.”

Arhitectura de bază a computerelor nu s-a schimbat prea mult din anii 1940 (SN: 19.10.13, str. 28). Un procesor central, urmând o secvență de instrucțiuni, preia datele din memorie, le manipulează și apoi le returnează. Necesitatea de a transfera atât de multe 1 și 0 înainte și înapoi limitează viteza computerelor și le crește consumul de energie.

Creierul uman nu poate face lucruri precum înmulțirea și împărțirea la fel de repede ca un computer, dar funcționează mult mai eficient la alte sarcini care necesită recunoașterea tiparelor, mai degrabă decât scăderea numerelor. Cele aproximativ 85 de miliarde de neuroni ai creierului transportă semnale electrice prin joncțiuni numite sinapse, iar unele dintre aceste conexiuni interneuronice duc la stocarea amintirilor. Toată această muncă este realizată în paralel, permițând creierului să îndeplinească sarcini complexe în timp ce consumă în medie aproximativ 20 de wați de putere, doar o fracțiune din ceea ce este folosit de cipurile care consumă energie în majoritatea computerelor.

Dacă un computer funcționează prin deschiderea secvențială a unor pachete mari de date, spune Furber, atunci creierul funcționează citind teancuri de cărți poștale în același timp.

Imitând arhitectura neuron-synapse, o echipă condusă de Dharmendra Modha la Centrul de Cercetare IBM Almaden din San Jose, California, a introdus circuite inspirate de creier numite miezuri neurosinaptice în 2011. În loc să conțină blocuri centralizate de procesare și memorie, fiecare nucleu de siliciu a purtat o rețea de componente descentralizate pentru a transporta, procesa și stoca date, la fel ca un pachet de neuroni.

Acum, cercetătorii au micșorat acele nuclee și au fuzionat 4.096 dintre ele într-un cip de dimensiunea unei taste numit TrueNorth, care conține echivalentul a 1 milion de neuroni. Fiecare neuron poate comunica cu alți 256 de neuroni, creând 256 de milioane de sinapse, iar neuronii transmit semnale electrice prin sinapse în paralel. DARPA al Departamentului de Apărare a contribuit cu 53,5 milioane de dolari pentru a ajuta la finanțarea dezvoltării tehnologiei.

Totuși, cipul IBM nu rivalizează chiar și cu creierul organismelor cu mult mai puțin de 1 milion de neuroni. Neuronii reali se pot conecta la mii și mii de alții și pot ajusta acele conexiuni; fiecare dintre neuronii TrueNorth este blocat într-un set predeterminat de alți 256. „Nu am construit un creier, dar ne-am apropiat cel mai mult de a ne apropia de structura sa din siliciu”, spune Modha. Mai multe echipe de cercetare construiesc dispozitive similare de calcul cognitiv, cu o conectivitate mai mare între neuroni, în speranța de a simula mai precis creierul.

Cu toate acestea, ingineria inversă, chiar și un creier simplificat excesiv are potențialul de a îmbunătăți calcularea, spune Modha. Echipa sa a folosit TrueNorth pentru a scana pixelii unui videoclip în paralel pentru a identifica oamenii și vehiculele. Deși este greu să compari direct TrueNorth cu un cip convențional, acesta din urmă ar trebui să ruleze secvențial teste pe fiecare pixel și ar consuma de o mie sau mai multe ori mai multă energie în fiecare secundă pentru a finaliza sarcina.

Iterațiile viitoare ale cipurilor inspirate de creier ar putea permite mașinilor fără șofer să identifice obstacolele de pe drum, spune Furber, sau să permită computerelor să găsească modele în cantități uriașe de date. El se gândește, de asemenea, la potențialul de a folosi dispozitive inspirate de creier pentru a completa cele mai recente supercomputere, cum ar fi IBM. Primejdie-dominând pe Watson. „Dacă poți folosi calculul cognitiv pentru a îmbunătăți Watson”, spune Furber, „atunci vor apărea niște capabilități cu adevărat interesante.”

Nota editorului: acest articol a fost actualizat la 18 august 2014, pentru a corecta faptul că TrueNorth a fost testat prin identificarea persoanelor și a obiectelor într-un videoclip, nu într-o fotografie.