Mimo ogromnych postępów, które dokonały się w ostatnich latach, jesteśmy dopiero na początku rewolucji sztucznej inteligencji (AI), która na nowo zdefiniuje sposób, w jaki żyjemy i pracujemy. Głębokie sieci neuronowe (DNN) rozwijają się niezwykle dynamicznie i zyskują na znaczeniu wraz z pojawianiem się modeli generatywnej sztucznej inteligencji. Ale ich uruchamianie na tradycyjnych architekturach jest problematyczne, gdyż wiąże się z poważnymi ograniczeniami – zarówno związanymi z wydajnością, jak i efektywnością energetyczną.
Czytaj też:Materiał, który naśladuje mózg. Naukowcy są zafascynowani jego właściwościami
Istniejące modele AI są zwykle przechowywane w dyskretnej lokalizacji pamięci, a zadania obliczeniowe wymagają ciągłego tasowania danych między pamięcią a jednostkami przetwarzającymi. Proces ten spowalnia obliczenia i ogranicza maksymalną osiągalną efektywność energetyczną. Wkrótce może się to zmienić dzięki innowacyjnemu chipowi opracowanemu przez ekspertów z IBM Research, który działa jak ludzki mózg.
Nowy chip IBM działa jak ludzki mózg
W porównaniu z tradycyjnymi komputerami, ludzki mózg może pochwalić się niezwykłą wydajnością przy niewielkim zużyciu energii. Nic dziwnego, że uczeni starają się odtworzyć te procesy w warunkach laboratoryjnych, co pozwoliłoby na wykonywaniu bardziej złożonych obliczeń w środowiskach o niskim poborze mocy lub ograniczonej pojemności akumulatorów, np. w smartfonach, smartwatchach czy samochodach elektrycznych.
Większość istniejących chipów jest cyfrowa, co oznacza, że przechowują one informacje w postaci zer i jedynek, ale nowy układ IBM wykorzystuje komponenty zwane memrystorami (oporników z pamięcią), które są analogowe i mogą przechowywać szereg liczb. Działają jako pojedyncze komórki pamięci i mogą być użyty do przechowywania jednego bitu informacji. Technologia cyfrowa ma się do analogowej jak włącznik światła do ściemniacza. A ponieważ ludzki mózg jest analogowy, sposób działania memrystorów pod pewnym względem przypomina funkcjonowanie synaps.
Prof. Ferrante Neri z University of Surrey mówi:
Memrystory należą do dziedziny, którą można nazwać informatyką inspirowaną naturą, która naśladuje funkcjonowanie mózgu. Memrystor może “zapamiętać” swoją historię elektryczną, w podobny sposób jak synapsa w systemie biologicznym. Połączone ze sobą memrystory mogą tworzyć sieć przypominającą biologiczny mózg. Ostatnie postępy sugerują, że możemy być świadkami pojawienia się chipów przypominających mózg w najbliższej przyszłości.
Opracowanie komputera opartego na memrystorach nie jest prostym zadaniem i zanim dojdzie do komercjalizacji tych systemów, konieczne będzie pokonanie wielu wyzwań, m.in. związanych z kosztami materiałów czy trudnościami produkcyjnymi. W artykule opublikowanym w Nature Electronics, IBM Research zrobił znaczący krok w kierunku sprostania tym wyzwaniom, wprowadzając najnowocześniejszy, analogowy chip AI o mieszanych sygnałach do wykonywania różnych zadań wnioskowania DNN. Jest to pierwszy taki analogowy układ scalony na świecie.
Czytaj też:Chipy będą naśladowały pracę neuronów – twierdzą inżynierowie. Czy skopiują mózg do elektroniki?
Chip został wyprodukowany w IBM Albany NanoTech Complex i składa się z 64 analogowych rdzeni obliczeniowych w pamięci, z których każdy zawiera 256 na 256 poprzeczek z synaptycznych komórek elementarnych. Kompaktowe przetworniki analogowo-cyfrowe są zintegrowane w każdym rdzeniu, umożliwiając przejście między światem analogowym i cyfrowym.
IBM ma nadzieję, że w przyszłości chipy w telefonach i samochodach będą bardziej wydajne, obiecując dłuższą żywotność baterii i nowe zastosowania. Eksperci twierdzą, że prototyp IBM jest “potencjalnie interesujący”, ale nie jest to układ łatwy w użyciu i raczej powinien być traktowany jako “możliwy pierwszy krok” w rewolucji w elektronice.