Lidský mozek procesorem: neuromorfické čipy

Moorův zákon je mrtvý, ať žije nový král. Sen vytvoření inteligentních počítačů inspiroval vývoj exotických čipů, založených na struktuře mozku, které pracují na neprozkoumaných principech. Někteří vědci vytváří takové čipy z běžně dostupných materiálů, obsažených i v dnešních počítačích.

Lidský mozek procesorem: neuromorfické čipy


Pomocí komponentů ze standardních obchodů se výzkumníkům z Tennesseeské univerzity v Knoxvillu podařilo vybudovat čip pro počítače, který jim může pomoci se „učit“. Tyto čipy jsou strukturované tak, aby nacházely a následně budovaly vzorce skrze pravděpodobnosti a asociace, což simuluje rozhodovací proces u člověka.

Vědci k tomu využívají programovatelná hradlová pole (FPGA), již dnes běžně využívaná kupříkladu u serverů. Jejich účelem je simulovat fungování neuronů a synapsí v mozku. Čip byl vytvořen v rámci univerzitního neuromorfického softwarového projektu DANNA.

FPGA excelují ve vykonávání specifických úkolů a lze je velmi snadno přeprogramovat pro jiné účely.

Výzkumníci pracují na neuromofických čipech v rámci tzv. post-Mooreovského období. Původní pravidlo, že počet tranzistorů na integrovaném obvodu se bude neustále zvětšovat, pomalu přestává platit; zmenšování čipů už téměř není možné, takže se výzkumníci musí obracet na alternativní metody.

Mozek se skládá z mnoha desítek miliard neuronů, které zpracovávají a vysílají informace pomocí bilionů nervových spojení, tedy synapsí. Vědci v FPGA napodobují propletenou síť neuronů a synapsí, čímž řeší vstup, výstup i spojení zároveň. Pracují také na softwarových modelech, aplikovatelných do tohoto umělého nervového systému.

Výzkumníci se též poohlíží po možnostech, jak FPGA vyměnit za nově vznikající technologii memristor. Memristor je kombinací paměti a úložiště, která si umí data uchovat; v mnoha ohledech se považuje za náhradu stárnoucí technologie DRAM.

Schopnost FPGA a memristoru uchovávat data tento výzkum odlišuje od jiných neuromorfických systémů. Nejznámější příkladem je TrueNorth od IBM, který je modelován spíše po vzoru CPU. FPGA mohou procesory napodobit bez větších problémů, a navíc splňují podmínku snadného přeprogramování obvodů.

Flexibilita čipu a architektury rozšiřuje možnosti aplikace neuromorfických systémů, jak píšou sami vědci ve studii prezentované na události International Workshop on Post Moore’s Era Supercomputing, pořádané zároveň s konferencí Supercomputing 16 v Salt Lake City.

„Věříme, že naše architektury jsou vhodná zejména pro účely superpočítačů díky vysoké programovatelnosti,“ popisují ve studii.

FPGA však mají své nevýhody. Přeprogramování hradlových polí vyžaduje přechod do offline režimu, což může narušit výpočty a vykonávání úkonů; navíc nemohou sloužit jako primární čipy ke spuštění systémů. Používají se nejčastěji jako koprocesory a nejsou příliš úsporné.

Pro vědce je architektura čipu důležitější než jeho typ. Další vybudované prototypy budou dostupné i jiným vědcům.

Mezi výzkumníky v oblasti mozek-imitujících čipů panuje vysoká míra spolupráce. Mimo IBM se výzkum odehrává v Manchesterské univerzitě ve Velké Británii, Heidelbergské univerzitě v Německu, Stanfordově univerzitě ve Spojených státech a Zhejiangské univerzitě v Číně.

Úvodní foto: © pixel_dreams - Fotolia.com










Komentáře