מהנדסים עובדים על סוג חדש של חישוב נוירומורפי

צוות של מהנדסים באוניברסיטת פנסילבניה עובד על סוג חדש של חישוב, כאשר התקדמות החישוב המסורתי ממשיכה להאט. שיטת החישוב החדשה מבוססת על רשתות העצבים של המוח, שהן יעילות ביותר.

המאמר פורסם בNature Communications.

חישוב מושרה מהמוח

ההבדל העיקרי בין חישוב מודרני למחשבים אנלוגיים, אליהם שייך המוח האנושי, הוא שהראשון מורכב משני מצבים: הדלקה-כיבוי או 1 ו-0. מצד שני, מחשב אנלוגי יכול להיות במצבים אפשריים רבים. דוגמה שהצוות משתמש בה היא השוואה בין אור שמתדלק וכבה, לבין אור שיש לו כמות משתנה של תאורה.

על פי מנהיג הצוות ופרופסור חבר במחלקת הנדסת מדע ומכניקה באוניברסיטת פנסילבניה, ספטארשי דאס, המחקר של חישוב מושרה מהמוח נערך במשך למעלה מ-40 שנה. בעולם של היום, הגבלות של מחשבים דיגיטליים מחייבות אותנו להיעבר לעבר עיבוד תמונות במהירות גבוהה, כפי שזה המקרה ברכבים אוטונומיים.

נתונים גדולים ממלאים תפקיד משמעותי במעבר לעבר חישוב נוירומורפי, בשל הדרישה לסוגים של זיהוי תבניות שעובדים היטב עם חישוב מבוסס מוח.

“יש לנו מחשבים חזקים, אין ספק בכך, הבעיה היא שאתה צריך לאחסן את הזיכרון במקום אחד ולבצע את החישוב במקום אחר,” אמר דאס.

על ידי העברת הנתונים הלוך ושוב מזיכרון ללוגיקה, הרבה אנרגיה מוצאת, מה שגורם למהירויות חישוב איטיות. עד שהחישוב ואחסון הזיכרון יוכלו להיות באותו מקום, הרבה מקום נדרש לסביבה כזו.

תומאס שרנגהאמר הוא סטודנט לדוקטורט בקבוצה והמחבר הראשי של המאמר.

“אנו יוצרים רשתות עצביות מלאכותיות, שמחפשות לחקות את היעילות האנרגטית והשטחית של המוח,” אמר שרנגהאמר. “המוח כל כך קומפקטי שהוא יכול להתאים על ראשך, בעוד שמחשב-על מודרני תופס מקום בגודל של שתיים או שלוש מגרשי טניס.”

רשתות עצביות מלאכותיות מותאמות מחדש

הצוות עובד על רשתות עצביות מלאכותיות שיכולות להיות מותאמות מחדש בדומה לנוירונים במוח האנושי. זה מתרחש על ידי החלת שדה חשמלי קצר לדף גרפן, שהוא שכבה עבה של אטומי פחמן. הצוות הדגים לפחות 16 מצבי זיכרון אפשריים.

“מה שאנו הוכיחנו הוא שאנו יכולים לשלוט במספר גדול של מצבי זיכרון בדיוק עם שימוש בטרנזיסטורים פשוטים של גרפן,” אמר דאס.

הצוות רוצה כעת להפוך את הטכנולוגיה למסחרית, ודאס מאמין שיהיה הרבה עניין בעבודה, בשל המעבר הנוכחי לחישוב נוירומורפי בין חברות הסמיקונדוקטורים הגדולות ביותר.

העבודה המגיעה מהצוות באוניברסיטת פנסילבניה היא הדוגמה האחרונה למעבר לרשתות עצביות מלאכותיות אלו. המוח האנושי מוכיח את ערכו שוב כהשראה לרבות מהטכנולוגיות החדשות, והוא מספק תובנות יקרות על האופן שבו המומחים יכולים להקטין באופן משמעותי את הגודל של מחשבים-על מודרניים.