Žmogaus smegenų pagrindu sukurtas kompiuteris veikia 9000 kartų greičiau už įprastinį

Stenfordo universiteto (JAV) inžinieriai sukūrė greitesnius, didesnio energetinio efektyvumo mikrolustus, kurių logika pagrįsta žmogaus smegenų veikimu – šie kompiuterių komponentai yra 9000 kartų greitesni ir naudoja kur kas mažiau energijos nei tipinis kompiuteris.

Universiteto pranešime spaudai tikinama, jog šis pasiekimas ne tik suteiks galimybę paspartinti robotikos pažangą, bet ir pagerins mokslininkų žinias apie smegenis. Pavyzdžiui, kompiuterio lustas, kuris būtų toks pats spartus ir efektyvus kaip žmogaus smegenys, galėtų valdyti galūnių protezus taip pat greitai ir tiksliai, kaip mūsų pačių smegenys valdo tikrąsias mūsų galūnes.

„Neurogrid“ grandynas gali modeliuoti keliomis eilėmis daugiau neuronų ir sinapsių nei kiti smegenis modeliuojantys procesoriai, o energijos naudoja tiek, kiek pakanka nešiojamajam kompiuteriui.

Kad ir kokie galingi bei brangūs būtų šiuolaikiniai kompiuteriai, lyginant su gyvų organizmų smegenimis jie nublanksta. Pavyzdžiui, mažutėse pelės smegenyse funkcijos atliekamos 9 000 kartų greičiau, nei asmeniniame kompiuteryje, modeliuojančiame pelės smegenų veikimą.

Kompiuteriai ne tik lėtesni – jie sunaudoja net 40 000 kartų daugiau energijos nei smegenys, tvirtina Stenfordo universiteto bioinžinerijos profesorius-adjunktas Kwabena Boahenas. Jo straipsnis publikuotas recenzuojamame leidinyje „Proceedings of the IEEE“.

„Žvelgiant grynai iš inžinerinės perspektyvos, smegenims pernelyg sunku prilygti“, – sakė tyrimo autorius, savo straipsnyje aprašęs, kaip „neuromorfizmo“ tyrinėtojai JAV ir Europoje silicio ir programinės įrangos pagrindu kuria elektronines sistemas, atkartojančias neuronų ir sinapsių veikimą.

K. Boahenas su kolegomis sukūrė „Neurogrid“ – integrinį grandyną, kuriame yra 16 jų pačių sukurtų „Neurocore“ lustų. Kartu šie lustai gali realiu laiku modeliuoti 1 milijoną neuronų ir milijardus sinapsinių jungčių. Mokslininkai lustus sukūrė, įvertindami ir smegenų energetinį efektyvumą. Todėl jie pasirūpino, kad kai kurios sinapsės dalintųsi tomis pačiomis elektros grandinėmis. Galutinis mokslininkų darbo rezultatas yra „Neurogrid“ – maždaug planšetinio kompiuterio dydžio įrenginys, galintis modeliuoti keliomis eilėmis daugiau neuronų ir sinapsių veikimą, naudodamas tiek energijos, kiek pakanka nešiojamajam kompiuteriui.

Kitas numatomas mokslininko darbo etapas – sumažinti kompiuterio kainą ir sukurti „Neurogrid“ kompiliatoriaus programinę įrangą, kuri leistų inžinieriams ir kompiuterių mokslininkams be neurologijos žinių spręsti jiems reikalingus uždavinius – pavyzdžiui, valdyti robotus-humanoidus.

Dėl kompiuterio spartos ir energijos poreikio charakteristikų, jis tampa idealiu įrankiu ne tik žmogaus smegenų modeliavimui. K. Boahenas kartu su kitais Stenfordo universiteto mokslininkais kuria galūnių protezus paralyžiuotiems žmonėms, kuriems, panaudojus į „Neurocore“ panašius lustus, būtų galima grąžinti judėjimo džiaugsmą.

„Dabar, norint juos užprogramuoti reikia žinoti, kaip veikia smegenys“, – sakė K. Boahenas, rodydamas į 40 000 JAV dolerių kainuojantį kompiuterio prototipą. „Norime sukurti neurokompiliatorių, kuris suteiktų galimybę programuoti užduotis šiam kompiuteriui nieko nežinant nei apie sinapses, nei apie neuronus“.

Mokslininko manymu, kompiuterį galima ir gerokai atpiginti – dabar įranga su 16 „Neurocore“ lustų, kurių kiekvienas gali modeliuoti 65 536 neuronus, kainuoja apie 40 000 JAV dolerių. Lustai buvo pagaminti naudojant 15 metų senumo gamybos technologijas.

Pradėjus taikyti šiuolaikiškesnius gamybos procesus ir gaminant lustus dideliais kiekiais, „Neurocore“ kaina
galėtų sumažėti 100 kartų – tai reiškia, kad nedidelis kompiuteris, atkartojantis milijono neuronų veikimą, galėtų kainuoti vos 400 JAV dolerių. Mažos kainos ir lengviau kuriamos programinės įrangos derinys galėtų suteikti galimybę sistemą pritaikyti daugybėje įvairių sričių.

Pavyzdžiui, lustas našumu ir energetiniu efektyvumu nenusileidžiantis žmogaus smegenims, galėtų valdyti galūnių protezus taip pat tiksliai ir greitai, kaip mes valdome savo galūnes, ir tam nereikėtų jokių laidinių energijos šaltinių. Mokslininkas įsivaizduoja, kad į „Neurocore“ panašus kompiuteris galėtų būti implantuotas į paralyžiuoto asmens smegenis ir interpretuotų norimus atlikti judesius bei paverstų juos komandomis motorizuotoms protezinėms galūnėms neperkaitindamas smegenų.

Nors, pasak K. Boaheno, „Neurogrid“ yra apie 100 000 kartų energetiškai efektyvesnis už asmeninį kompiuterį, modeliuojantį milijoną neuronų, tačiau, lyginant su tikrųjų smegenų efektyvumu jis yra tikras energijos rijikas.

„Žmogaus smegenyse yra 80 000 kartų daugiau neuronų nei „Neurogrid“, o energijos jos sunaudoja vos triskart daugiau. Todėl pati didžiausia užduotis neuromofizmo inžinieriams – pasiekti šį energetinio efektyvumo lygį“, – tikina mokslininkas.

Video:
https://www.youtube.com/watch?v=D3T1tiVcRDs