Przełomowe odkrycie toruje drogę komputerom przypominającym mózg

Badania od dawna mają na celu opracowanie komputerów, które będą działały tak energooszczędnie, jak nasze mózgi. W badaniu prowadzonym przez naukowców z Uniwersytetu w Göteborgu po raz pierwszy udało się połączyć funkcję pamięci i funkcję obliczeniową w tym samym komponencie. To odkrycie otwiera drogę do bardziej wydajnych technologii, od telefonów komórkowych po autonomiczne samochody.

W ostatnich latach komputery były w stanie poradzić sobie z zaawansowanymi zadaniami poznawczymi, takimi jak rozpoznawanie języka i obrazów, czy też wykazywać doskonałe umiejętności gry w szachy, w dużej mierze dzięki sztucznej inteligencji (AI). Jednocześnie ludzki mózg pozostaje niezrównany w swojej zdolności do skutecznego i wydajnego wykonywania zadań.

Znalezienie nowych sposobów wykonywania obliczeń, które przypominają procesy wydajności energetycznej w mózgu, było głównym celem badań od dziesięcioleci. Zadania kognitywne, takie jak rozpoznawanie obrazu i głosu, wymagają dużej mocy obliczeniowej komputera, a aplikacje mobilne, w szczególności takie jak telefony komórkowe, drony i satelity, wymagają energooszczędnych rozwiązań.. „

Johan Ackermann, profesor stosowanej elektroniki dentystycznej, Uniwersytet w Göteborgu

ważny przełom

Współpracując z zespołem badawczym z Uniwersytetu Tohoku, Aukermann przeprowadził badanie, które poczyniło ważny krok naprzód w realizacji tego celu. W badaniu opublikowanym obecnie w Nature Materials naukowcom po raz pierwszy udało się połączyć dwa główne narzędzia zaawansowanych obliczeń: sieci oscylatorów i memrystorów.

Aukermann opisuje oscylatory jako obwody oscylacyjne, które mogą wykonywać obliczenia porównywalne z ludzkimi neuronami. Memrystory to programowalne rezystory, które mogą również wykonywać operacje arytmetyczne i mają wbudowaną pamięć. To sprawia, że ​​jest porównywalny z komórkami pamięci. Połączenie tych dwóch to duży postęp naukowców.

„To ważne osiągnięcie, ponieważ pokazujemy, że możliwe jest połączenie funkcji pamięci z funkcją obliczeniową w tym samym komponencie. Komponenty te działają bardziej jak energooszczędne sieci neuronowe w mózgu, dzięki czemu stają się ważnymi elementami budulcowymi w mózgu”. przyszłości, bardziej jak komputery przypominające mózgi”.

Umożliwia energooszczędne technologie

Według Johanna Aukermanna odkrycie to umożliwi udostępnienie szybszych, łatwiejszych w użyciu i mniej energochłonnych technologii w wielu obszarach. Uważa, że ​​ogromną zaletą jest to, że zespołowi badawczemu udało się wyprodukować składniki na niezwykle małej przestrzeni: setki składników mieszczą się na obszarze odpowiadającym pojedynczej bakterii. Może to być szczególnie ważne w mniejszych aplikacjach, takich jak telefony komórkowe.

„Bardziej wydajna energetycznie arytmetyka może prowadzić do nowych funkcji w telefonach komórkowych. Przykładami są asystenci cyfrowi, tacy jak Siri czy Google. Obecnie całe przetwarzanie jest wykonywane przez serwery, ponieważ obliczenia wymagają dużej mocy dla małego telefonu. Gdyby zamiast tego obliczenia mogły zostały zrobione lokalnie, na fizycznym telefonie i można to zrobić szybciej i łatwiej bez konieczności łączenia się z serwerami”.

Wskazuje na autonomiczne samochody i samoloty jako inne przykłady obszarów, w których bardziej energooszczędne obliczenia mogą napędzać rozwój.

„Im bardziej wydajne energetycznie jest wykonywanie obliczeń kognitywnych, tym więcej staje się zastosowań. Dlatego nasze badanie naprawdę ma potencjał, aby rozwinąć ten obszar”.