Μηχανικοί Εργάζονται σε Νέο Τύπο Νευρομορφικής Υπολογιστικής

Μια ομάδα μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Πενν Στέιτ εργάζεται σε einen νέο τύπο υπολογιστικής ως η παραδοσιακή πρόοδος της υπολογιστικής συνεχίζει να επιβραδύνεται. Ο νέος 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 χρησιμοποιεί η ομάδα είναι η σύγκριση μεταξύ ενός φωτός που ανάβει και σβήνει και ενός που έχει μεταβλητό ποσό φωτισμού.

Σύμφωνα με τον αρχηγό της ομάδας και βοηθό καθηγητή μηχανικής επιστήμης και μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Πενν Στέιτ Saptarshi Das, η μελέτη της υπολογιστικής εμπνευσμένης από τον εγκέφαλο πραγματοποιείται για πάνω από 40 χρόνια. 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 μεγάλων δεδομένων παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη μετάβαση προς την νευρομορφική υπολογιστική, δεδομένου του απαιτούμενου τύπου αναγνώρισης προτύπων που λειτουργούν καλά με την υπολογιστική βασισμένη στον εγκέφαλο.

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

Μετακινώντας τα δεδομένα μπρος-πίσω από τη μνήμη στη λογική, μια ποσότητα ενέργειας δαπανώνεται, με αποτέλεσμα την επιβράδυνση των ταχυτήτων υπολογισμού. Μέχρι η υπολογιστική και η αποθήκευση της μνήμης να μπορέσουν να γίνουν στο ίδιο μέρος, πολλά χώρος απαιτείται για αυτό το είδος περιβάλλοντος.

Ο Thomas Shranghamer είναι διδακτορικός φοιτητής στην ομάδα και πρώτος συγγραφέας του εγγράφου.

«Δημιουργούμε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, τα οποία επιδιώκουν να μιμηθούν τις ενεργειακές και εναρμονικές αποδοτικότητες 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 μεγέθους δύο ή τριών γηπέδων τένις».

Επανρυθμίσιμα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα

Η ομάδα εργάζεται σε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα τα οποία μπορούν να επαναρυθμιστούν πολύ σαν τα νευρικά κύτταρα του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αυτό συμβαίνει με την εφαρμογή ενός βραχύ 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 podemos να ελέγξουμε ένα μεγάλο αριθμό καταστάσεων μνήμης με ακρίβεια χρησιμοποιώντας απλές διατάξεις 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 μεταβάσεων προς την νευρομορφική υπολογιστική μεταξύ των μεγαλύτερων εταιρειών ημιαγωγών.

Το έργο που προέρχεται από την ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Πενν Στέιτ είναι το τελευταίο παράδειγμα της μετάβασης σε αυτά τα είδη τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποδεικνύει την αξία του ξανά ως έμπνευση για πολλές από τις νέες τεχνολογίες, και παρέχει宝贵ες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι εμπειρογνώμονες μπορούν να μειώσουν δραστικά το μέγεθος των σύγχρονων υπερυπολογιστών.