Ingegneri al lavoro su un nuovo tipo di calcolo neuromorfico

Un team di ingegneri della Penn State sta lavorando su un nuovo tipo di calcolo poiché il progresso del calcolo tradizionale continua a rallentare. Il nuovo metodo di calcolo si basa sulle reti neurali del cervello, che sono estremamente efficienti.

L’articolo è stato pubblicato su Nature Communications.

Calcolo ispirato al cervello

La principale differenza tra il calcolo moderno e i computer analogici, ai quali appartiene il cervello umano, è che il primo consiste di due stati: acceso/spento o uno e zero. D’altra parte, un computer analogico può avere molti stati possibili. Un esempio utilizzato dal team è il confronto tra una luce che si accende e si spegne e una che ha una quantità variabile di illuminazione.

Secondo il capo del team e assistente professore di scienza e meccanica della Penn State Saptarshi Das, lo studio del calcolo ispirato al cervello è in corso da oltre 40 anni. Nel mondo di oggi, i limiti dei computer digitali ci stanno costringendo a guardare verso l’elaborazione di immagini ad alta velocità, che è il caso dei veicoli autonomi.

I big data stanno anche giocando un ruolo sostanziale nel passaggio al calcolo neuromorfico, data la loro richiesta di tipi di riconoscimento di pattern che funzionano bene con il calcolo basato sul cervello.

“Abbiamo computer potenti, senza dubbio, il problema è che si deve memorizzare la memoria in un posto e fare il calcolo da qualche altra parte”, ha detto Das.

Spostando i dati avanti e indietro dalla memoria alla logica, si spende molta energia, risultando in velocità di calcolo più lente. Fino a quando il calcolo e la memorizzazione non potranno essere nello stesso posto, sarà necessario molto spazio per questo tipo di ambiente.

Thomas Shranghamer è uno studente di dottorato nel gruppo e autore principale dell’articolo.

“Stiamo creando reti neurali artificiali, che cercano di emulare l’efficienza energetica e di area del cervello”, ha detto Shranghamer. “Il cervello è così compatto che può stare sulla tua spalla, mentre un moderno supercomputer occupa uno spazio delle dimensioni di due o tre campi da tennis”.

Reti neurali artificiali riorganizzabili

Il team sta lavorando su reti neurali artificiali che possono essere riorganizzate proprio come i neuroni nel cervello umano. Ciò avviene applicando un breve campo elettrico a un foglio di grafene, che è uno strato spesso di atomi di carbonio. Almeno 16 stati di memoria possibili sono stati dimostrati dal team.

“Quello che abbiamo dimostrato è che possiamo controllare un gran numero di stati di memoria con precisione utilizzando semplici transistor a effetto di campo di grafene”, ha detto Das.

Il team vorrebbe ora commercializzare la tecnologia e Das crede che ci sarà molto interesse nel lavoro, dato il passaggio attuale al calcolo neuromorfico tra le più grandi aziende di semiconduttori.

Il lavoro proveniente dal team della Penn State è l’ultimo esempio del passaggio a questi tipi di reti neurali artificiali. Il cervello umano dimostra ancora una volta il suo valore come ispirazione per molte delle tecnologie più nuove e fornisce una visione preziosa su come gli esperti possano ridurre drasticamente le dimensioni dei moderni supercomputer.