Ateities kompiuterių kūrėjus įkvepia memristoriai ir katės smegenys (14)

2010-04-19

Dirbtinius neuronus primenančios loginės grandinės, veikiančios panašiai, kaip katės smegenų ląstelės, netrukus gali leisti sukurti kompiuterį, informaciją įsimenantį ir atpažįstantį kaip žmonės.

Tokia į smegenų neuronus panaši logika galėtų priimti sudėtingesnius sprendimus ir vienu metu atlikti daugiau užduočių nei įprasti kompiuteriai, teigia mokslininkai. „Mes kuriame kompiuterį tokiu pačiu būdu, kaip gamta kuria smegenis“, – teigia Mičigano universiteto kompiuterių inžinierius Wei Lu.

Dabartiniai mikroprocesoriai yra padaryti iš daugybės tranzistorių, kurie iš esmės yra jungikliai, įsijungiantys ir įsijungiantys tam, kad duomenis atvaizduotų binariniais skaitmenimis 0 ir 1.

Mičigano universiteto tyrėjų kuriami nauji procesorių prototipai tam naudos atminties tranzistorius – „memristorius“ (angl. memristor). Šie nesenai atrasti elementai, kitaip nei kiti, kaupia „prisiminimus“ apie savo praeitį. Kai įtampa išjungiama, jie prisimena, kiek laiko įtampa buvo įjungta ir kokio ji buvo stiprumo. Apie šią jų savybę mes jau esame rašę.

Tokios loginės schemos funkcionuotų panašiai kaip sinapsės, jungiančios smegenų ląsteles – neuronus. Sinapsės veikia kaip perkonfigūruojami jungikliai, galintys sukurti iš tūkstančių neuronų sudarytas jungtis. Kaip ir „memristoriai“, jie šias jungtis prisimena pagal iš neuronų gaunamų elektrinių signalų stiprumą ir trukmę.

Priminsime, jog vienas iš galingiausių pasaulio superkompiuterių IBM „Dawn“ (bendrame superkompiuterių sąraše užimantis 27 vietą), esantis Lawrence`o Livermore`o nacionalinėje laboratorijoje, jau nuo pernai metų gali modeliuoti 1 mlrd. neuronų ir 10 trilijonų sinapsių, o tai viršija katės smegenų galimybes. Vis dėlto, tai didžiulė mašina, turinti daugiau kaip 140 tūkst. centrinių procesorių, kurie sunaudoja milijonus vatų elektros. Be to, šis kompiuteris veikia 100-1000 kartų lėčiau nei katės smegenys - apie tai išsamiau mes jau rašėme šiame straipsnyje.

Kodėl taip yra? Įprastame kompiuteryje atminties ir logikos elementai tarpusavyje sujungti praktiškai nuosekliai vienas su kitu ir lygiagrečios jungtys egzistuoja tik su saujele elementų, esančių netoliese. Dėl to įprastiniai kompiuteriai dirba linijiniu būdu ir puikiai atlieka ganėtinai paprastas užduotis su ribotu kintamųjų skaičiumi.

Tuo metu smegenys tuo pačiu metu gali atlikti daugybę operacijų. Tai leidžia mums akimirksniu atpažinti veidą, o tą padaryti bandančiam superkompiuteriui prireiktų žymiai daugiau laiko ir energijos sąnaudų.

Dabar Wei Lu įprastoms grandinėms sujungti panaudojo „memristorius“. „Sumanymas yra panaudoti visiškai kitą paradigmą, nei naudojama tradiciniuose kompiuteriuose“, – aiškino mokslininkas.

Wei Lu ir jo kolegų sukurta sistema, vienu „memristoriumi“ sujungianti dvi logines ar atminties grandines, panašiai, kaip sinapsė sujungia du neuronus smegenyse, pagerina mokymosi ir atminties gebėjimus. Ši sistema remiasi neuronus jungiančių ryšių gebėjimu sustiprėti, kai jie stimuliuojami vienas kito atžvilgiu. Tai, manoma, sudaro žinduolių smegenyse vykstančių atminties ir mokymosi procesų esmę.

Mokslininkai siekia sukurti katės protiniams gebėjimams prilygstančias elektrines smegenis, kurios, pavyzdžiui, kiekvieną kartą galėtų pasirinkti trumpiausią atstumą, kaip nuo durų nubėgti iki sofos baldų pilname name, net jei sofa kiekvieną kartą stovėtų vis kitoje vietoje.

„Įsivaizduoju, kad gynybos departamentas norėtų tokius protingus kompiuterius montuoti prie ginklų ar nepilotuojamų mašinų, pavyzdžiui, radijo bangomis valdomų laivų ir mašinų. Kompiuteriai galėtų patys priimti sprendimus, nesiųsdami valdytojams vaizdų ir nelaukdami komandų“, – teigė Wei Lu.

Kitas mokslininkų žingsnis – sukurti didesnę sistemą su šimtais dirbtinių neuronų ir „memristorių“. Galutinis tikslas – superkompiuteriui savo gebėjimais prilygstanti mašina, ne didesnė kaip dviejų litrų sodos butelis.

„Dabar jau įmanoma sukurti kaip smegenys funkcionuojantį kompiuterį, naudojant elektronines detales, pirmiausia – tranzistorius ir memristorius“, – kalbėjo Wei Lu.

„Memristoriai“ taip pat galėtų padėti įprastiniams kompiuteriams neatsilikti nuo Moore`o dėsnio, tvirtinančio, kad kompiuterių galingumas kas dvejus metus turi padvigubėti, reikalavimų.

„Hewlett-Packard Labs“ mokslininkai nustatė, kad schemos su „memristoriais“ gali atlikti skaičiavimo operacijas. Tai reiškia, kad pagrindinės loginės funkcijos gali būti atliekamos pačiose atminčių ląstelėse, vietoj jo, kad jie būtų perduodami į loginį skaičiavimo įrenginį, o rezultatas vėliau būtų grąžinamas atgal - tokiu principu veikia dabartiniai kompiuteriai.

Kitaip tariant, ateityje kompiuteriai bus galingesni ne dėl galingesnių procesorių, bet dėl didėjančio skaičiavimų atlikimo efektyvumo ir daugybės operacijų lygiagretinimo, teigia Wei Lu. Jo ir kolegų išsamius savo tyrimų rezultatus paskelbs šio mėnesio žurnalo „Nano Letters“ numeryje.

Aut. teisės: lrt.lt

(0)
(0)
(0)

Komentarai (14)