211service.com
Intel ujawnia neuromorficzny układ scalony
Mózg jest najbardziej niezwykłą maszyną obliczeniową. Wykonuje rutynowo zadania, które usmażą obwody najpotężniejszych superkomputerów na świecie: chodzenie, mówienie, rozpoznawanie, analizowanie i tak dalej.
A tam, gdzie superkomputery potrzebują wystarczającej ilości soku, aby zasilić małe miasteczko, ludzki mózg wykonuje całą swoją pracę, zużywając niewiele więcej niż energię w misce owsianki.
Nic więc dziwnego, że informatycy chcieliby zrozumieć mózg i skopiować jego zdolności. Jest jednak problem. Mózg zbudowany jest z neuronów, które działają w inny sposób niż obwody oparte na tranzystorach krzemowych, które leżą pod maską konwencjonalnych chipów.
Oczywiście informatycy mogą symulować zachowanie neuronów i sposób, w jaki łączą się one ze sobą na konwencjonalnych komputerach. Ale jest to głęboko marnotrawny proces, który nie jest w stanie wykorzystać częściowego przetwarzania i efektów sieciowych, z których mózg wyraźnie korzysta i które pochłaniają moc w tym procesie.
Trwa więc wyścig o opracowanie innego rodzaju chipa, który dokładniej naśladuje sposób działania mózgu. Tak zwane chipy neuromorficzne muszą być zbudowane z urządzeń, które zachowują się jak neurony — innymi słowy, przekazują i reagują na informacje wysyłane w impulsach, a nie przy stale zmieniającym się napięciu.
(Jednym z powodów, dla których mózg jest tak wydajny energetycznie, jest to, że impulsy nerwowe ładują tylko niewielką część neuronu podczas podróży. Dla kontrastu, konwencjonalne chipy utrzymują przez cały czas każdą linię transmisyjną na określonym napięciu.)
Dzisiaj Charles Augustine z Laboratorium Badań Obwodów Intela w Hillsboro w stanie Oregon wraz z kilkoma kumplami przedstawia swój projekt chipa neuromorficznego.
Opierają swoją konstrukcję na dwóch technologiach: bocznych zaworach spinowych i memrystorach. Boczne zawory spinowe to małe magnesy połączone metalowymi drutami, które mogą zmieniać orientację w zależności od spinu przechodzących przez nie elektronów. Wielokrotnie przyglądaliśmy się memrystorom na tym blogu. To podstawowe urządzenia elektroniczne, które działają jak rezystory z pamięcią.
Augustine i wsp. twierdzą, że zaprojektowana przez nich architektura działa w podobny sposób jak neurony i dlatego może być wykorzystywana do testowania różnych sposobów odtwarzania zdolności przetwarzania mózgu.
Wisienką na torcie, jak mówią, jest to, że zawory obrotowe działają przy napięciach końcowych mierzonych w miliwoltach, czyli znacznie mniej niż w przypadku konwencjonalnych chipów.
Twierdzą, że przekłada się to na ogromną oszczędność energii. Pokazujemy, że oparte na spinach projekty neuromorficzne mogą osiągnąć 15X-300X niższą energię obliczeniową, jak mówią. (W rzeczywistości mają na myśli to, że „mówią” nam, że tego rodzaju oszczędzanie jest możliwe, ponieważ w ich gazecie niewiele jest demonstracji).
Twierdzą również, że nowy projekt idealnie nadaje się do zadań przetwarzania, które mózgi wykonują raczej dobrze: wykrywania danych analogowych, obliczeń kognitywnych, pamięci asocjacyjnej i tak dalej.
Nowy projekt chipa Intela z pewnością wydaje się być ulepszeniem w stosunku do istniejących, ale wciąż jest o rzędy wielkości od wydajności obliczeniowej, którą osiągają prawdziwe neurony.
Najwyraźniej ostatnie postępy w technologii memrystorów i spintronice umożliwiają zupełnie nowe sposoby projektowania chipów. Jednak zanim systemy syntetyczne zaczną dorównywać możliwościom naturalnych, jeszcze długa droga.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1206.3227 : Propozycja dotycząca sprzętu neuromorficznego wykorzystującego urządzenia wirujące