Μηχανικοί Εργάζονται σε Νέο Τύπο Νευρομορφικής Υπολογιστικής

Μια ομάδα μηχανικών στο Penn State εργάζεται σε ένα νέο τύπο υπολογιστικής ως η παραδοσιακή πρόοδος της υπολογιστικής συνεχίζει να επιβραδύνεται. Η νέα μέθοδος υπολογισμού βασίζεται στα νευρωνικά δίκτυα του εγκεφάλου, τα οποία είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά. 

Το έγγραφο δημοσιεύθηκε στο Nature Communications. 

Υπολογιστική Εμπνευσμένη από τον Εγκέφαλο

Η κύρια διαφορά μεταξύ της σύγχρονης υπολογιστικής και των αναλογικών υπολογιστών, στους οποίους ανήκει ο ανθρώπινος εγκέφαλος, είναι ότι η πρώτη αποτελείται από δύο καταστάσεις: ενεργό-ανενεργό ή ένα και μηδέν. Από την άλλη πλευρά, ένας αναλογικός υπολογιστής μπορεί να έχει πολλές πιθανές καταστάσεις. Ένα παράδειγμα που χρησιμοποιείται από την ομάδα είναι η σύγκριση μεταξύ ενός φωτός που ανάβει και σβήνει και ενός που έχει μεταβλητό ποσό φωτισμού. 

Σύμφωνα με τον ηγέτη της ομάδας και βοηθό καθηγητή μηχανικής επιστήμης και μηχανικής στο Penn State Saptarshi Das, η μελέτη της υπολογιστικής εμπνευσμένης από τον εγκέφαλο λαμβάνει χώρα για πάνω από 40 χρόνια. Στον κόσμο της σήμερα, τα όρια των ψηφιακών υπολογιστών μας αναγκάζουν να κοιτάξουμε προς την ταχεία επεξεργασία εικόνων, η οποία είναι η περίπτωση για τα αυτόνομα οχήματα. 

Τα μεγάλα δεδομένα παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στην μεταστροφή προς την νευρομορφική υπολογιστική, δεδομένου του απαιτούμενου τύπου αναγνώρισης προτύπων που λειτουργεί καλά με την υπολογιστική βασισμένη στον εγκέφαλο. 

«Έχουμε ισχυρούς υπολογιστές, δεν υπάρχει αμφιβολία γι’ αυτό, το πρόβλημα είναι ότι πρέπει να αποθηκεύσετε τη μνήμη σε ένα σημείο και να κάνετε την υπολογιστική κάπου αλλού», είπε ο Das.

Μετακινώντας τα δεδομένα μπρος-πίσω από τη μνήμη στη λογική, μια πολλή ενέργεια δαπανάται, με αποτέλεσμα να επιβραδύνεται η ταχύτητα της υπολογιστικής. Μέχρι η υπολογιστική και η αποθήκευση της μνήμης να μπορέσουν να βρίσκονται στο ίδιο σημείο, ένας μεγάλος χώρος απαιτείται για αυτό το είδος περιβάλλοντος. 

Ο Thomas Shranghamer είναι φοιτητής διδακτορικού στο γκρουπ και ο πρώτος συγγραφέας του εγγράφου. 

«Δημιουργούμε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, τα οποία επιδιώκουν να μιμηθούν την ενεργειακή και χωρική αποτελεσματικότητα του εγκεφάλου», είπε ο Shranghamer. «Ο εγκέφαλος είναι τόσο συμπαγής που μπορεί να χωρέσει πάνω από τους ώμους σας, ενώ ένας σύγχρονος υπερυπολογιστής καταλαμβάνει χώρο του μεγέθους δύο ή τριών γηπέδων τένις.»

Επανρυθμιζόμενες Τεχνητές Νευρωνικές Δίκτυα

Η ομάδα εργάζεται σε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα τα οποία μπορούν να επανρυθμιστούν πολύ όπως τα νευρικά κύτταρα στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Αυτό συμβαίνει με την εφαρμογή ενός βραχύχρονου ηλεκτρικού πεδίου σε ένα φύλλο γραφενίου, το οποίο είναι ένα παχύ στρώμα ατόμων άνθρακα. 至 少 16 πιθανές καταστάσεις μνήμης αποδείχθηκαν από την ομάδα.

«Τι έχουμε δείξει είναι ότι μπορούμε να ελέγξουμε ένα μεγάλο αριθμό καταστάσεων μνήμης με ακρίβεια χρησιμοποιώντας απλούς μετασχηματιστές γραφενίου», είπε ο Das. 

Η ομάδα θα ήθελε τώρα να εμπορευματοποιήσει την τεχνολογία, και ο Das πιστεύει ότι θα υπάρξει μεγάλο ενδιαφέρον για το έργο δεδομένης της τρέχουσας μεταστροφής προς την νευρομορφική υπολογιστική μεταξύ των μεγαλύτερων εταιρειών ημιαγωγών. 

Το έργο που προέρχεται από την ομάδα στο Penn State είναι το τελευταίο παράδειγμα της μετάβασης σε αυτά τα είδη τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποδεικνύει την αξία του για άλλη μια φορά ως έμπνευση για πολλές από τις πιο πρόσφατες τεχνολογίες και παρέχει寶τιμη έμπνευση σχετικά με το πώς οι εμπειρογνώμονες μπορούν να μειώσουν δραματικά το μέγεθος των σύγχρονων υπερυπολογιστών.