Inženýři pracují na novém typu neuromorfního výpočtu

Tým inženýrů na Penn State pracuje na novém typu výpočtu, protože tradiční pokrok ve výpočtech pokračuje ve zpomalování. Nová metoda výpočtu je založena na mozkových neuronových sítích, které jsou extrémně efektivní. 

Článek byl zveřejněn v Nature Communications. 

Počítače inspirované mozkem

Hlavní rozdíl mezi moderním výpočtem a analogovými počítači, ke kterým patří lidský mozek, spočívá v tom, že první sestává ze dvou stavů: zapnuto-vypnuto nebo jeden a nula. Na druhé straně může mít analogový počítač mnoho možných stavů. Příkladem, který tým použil, je srovnání mezi světlem, které se zapíná a vypíná, a světlem, které má proměnlivou intenzitu. 

Podle vedoucího týmu a asistenta profesora inženýrství a mechaniky Saptarshiho Dase se studium počítačů inspirovaných mozkem provádí již více než 40 let. V dnešním světě nás omezení digitálních počítačů nutí hledat směrem k vysokorychlostnímu zpracování obrazu, což je případ autonomních vozidel. 

Velká data také sehrávají podstatnou roli v přechodu k neuromorfnímu výpočtu, protože vyžadují typy rozpoznávání vzorců, které fungují dobře s počítači založenými na mozkové činnosti. 

„Máme výkonné počítače, o tom není pochyb, problém je, že musíte uložit paměť na jednom místě a provést výpočet jinde,“ řekl Das.

Přenos dat tam a zpět z paměti do logiky spotřebuje mnoho energie, což vede ke zpomalení výpočetní rychlosti. Dokud nebude možné spojit výpočet a uložení paměti na jednom místě, bude vyžadováno mnoho prostoru pro tento typ prostředí. 

Thomas Shranghamer je doktorandem ve skupině a prvním autorem článku. 

„Vytváříme umělou neuronovou síť, která se snaží napodobit energetickou a prostorovou efektivitu mozku,“ řekl Shranghamer. „Mozek je tak kompaktní, že se vejde na vrchol vašich ramen, zatímco moderní superpočítač zabírá prostor velikosti dvou nebo tří tenisových kurtů.“

Přestavitelné umělá neuronová síť

Tým pracuje na umělých neuronových sítích, které lze přestavit podobně jako neurony v lidském mozku. To se děje aplikací krátkého elektrického pole na list grafenu, který je tlustou vrstvou uhlíkových atomů. Tým prokázal nejméně 16 možných stavů paměti.

„Ukázali jsme, že můžeme ovládat velký počet stavů paměti s přesností pomocí jednoduchých tranzistorů s grafenovým efektem pole,“ řekl Das. 

Tým by nyní rád komercionalizoval technologii a Das věří, že bude velký zájem o práci vzhledem k současnému přechodu k neuromorfnímu výpočtu mezi největšími polovodičovými společnostmi. 

Práce týmu z Penn State je nejnovějším příkladem přechodu k těmto typům umělých neuronových sítí. Lidský mozek opět prokázal svou hodnotu jako inspirace pro mnoho nejnovějších technologií a poskytuje cenné poznatky o tom, jak odborníci mohou dramaticky zmenšit velikost moderních superpočítačů.