Insinöörit työskentelevät uudenlaisen neuromorfinen laskennan parissa

Pennsylvanian osavaltion yliopiston insinööritiimi työskentelee uudenlaisen laskennan parissa, kun perinteinen laskenta edistyy hitaasti. Uusi laskentamenetelmä perustuu aivojen hermoverkkoihin, jotka ovat erittäin tehokkaita.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -julkaisussa.

Aivoinnoittunut laskenta

Suuri ero modernin laskennan ja analogisen laskennan välillä, johon ihmisaivo kuuluu, on se, että entinen koostuu kahdesta tilasta: päällä/pois tai yksi ja nolla. Toisaalta analoginen laskin voi olla useissa mahdollisissa tiloissa. Tiimin esimerkkinä on vertailu valon välillä, joka syttyy ja sammuu, ja valon, jolla on muuttuva määrä valaistusta.

Tiimin johtaja ja Pennsylvanian osavaltion yliopiston insinööritieteiden ja mekaniikan apulaisprofessori Saptarshi Das kertoo, että aivoinnoittuneen laskennan tutkimus on ollut käynnissä yli 40 vuotta. Nykyään digitaalisten tietokoneiden rajoitukset pakottavat meidät katsomaan korkeanopeuksista kuvan prosessointia, kuten esimerkiksi itseohjautuvissa ajoneuvoissa.

Iso data on myös merkittävässä roolissa siirtymisessä neuromorfiseen laskentaan, koska se edellyttää kuvioita, jotka toimivat hyvin aivojen perusteella.

“Meillä on voimakkaita tietokoneita, ei siitä ole epäilystä, ongelma on, että meidän on tallennettava muisti yhteen paikkaan ja tehtävä laskenta jossakin toisaalla”, Das sanoo.

Siirtämällä dataa muistiin ja logiikkaan, paljon energiaa kuluu, mikä johtaa hitaampiin laskentanopeuksiin. Kunnes laskenta ja muistin varastointi voidaan tehdä samassa paikassa, paljon tilaa vaaditaan tällaisessa ympäristössä.

Thomas Shranghamer on tohtorikoulutettava tiimissä ja tutkimuksen ensisijainen kirjoittaja.

“Me luomme keinotekoisia hermoverkkoja, jotka pyrkivät jäljittelemään aivojen energiatehokkuutta ja pinta-alaa”, Shranghamer sanoo. “Aivot ovat niin kompaktit, että ne mahtuvat olkapäiden päälle, kun taas moderni supertietokone vie tilaa, joka on kooltaan kaksi tai kolme tenniskenttää.”

Uudelleenmääriteltävät keinotekoiset hermoverkot

Tiimi työskentelee keinotekoisilla hermoverkoilla, jotka voidaan määritellä uudelleen samalla tavalla kuin ihmisaivojen hermosolut. Tämä tapahtuu soveltamalla lyhytaikaista sähkökenttää grafeenilevyyn, joka on paksu kerros hiiliatomeja. Tiimi osoitti vähintään 16 mahdollista muistitilaa.

“Mitä olemme osoittaneet, on se, että voimme hallita suuren määrän muistitiloja tarkkuudella käyttämällä yksinkertaisia grafeenikenttätransistoreja”, Das sanoo.

Tiimi haluaisi nyt kaupallistaa teknologian, ja Das uskoo, että siinä on paljon kiinnostusta, kun suurimmat puolijohdeyhtiöt siirtyvät neuromorfiseen laskentaan.

Pennsylvanian osavaltion yliopiston tiimin työ on viimeisin esimerkki siirtymisestä näihin keinotekoisiin hermoverkkoihin. Ihmisaivot osoittavat jälleen kerran arvonsa inspiraationa monille uusille teknologioille ja antavat arvokkaita oivalluksia siitä, miten asiantuntijat voivat radikaalisti vähentää modernien supertietokoneiden kokoa.