Egy új agyszerű szuperszámítógép célja, hogy megfeleljen az emberi agy méreteinek

A tervek szerint 2024 áprilisában online lesz a szuperszámítógép, amely felveszi a versenyt az emberi agy becsült működési sebességével, ausztrál kutatók szerint. A DeepSouth nevű gép másodpercenként 228 billió műveletet képes végrehajtani.

Ez a világ első szuperszámítógépe, amely képes szimulálni az idegsejtek és szinapszisok (idegrendszerünket alkotó kulcsfontosságú biológiai struktúrák) hálózatait az emberi agy méretében.

A DeepSouth egy megközelítéshez tartozik neuromorf számítástechnikaként ismert, melynek célja az emberi agy biológiai folyamatainak utánzása. A Nyugat-Sydney Egyetem Neuromorf Rendszerek Nemzetközi Központja vezeti majd.

Agyunk a legcsodálatosabb számítástechnikai gép, amit ismerünk. Ennek terjesztésével
A több milliárdnyi kis egység (neuron) számítási teljesítményét, amelyek több billió kapcsolaton (szinapszison) keresztül kölcsönhatásba lépnek, az agy felveheti a versenyt a világ legerősebb szuperszámítógépeivel, miközben csak ugyanolyan teljesítményre van szüksége, mint a hűtőlámpa izzójának.

Eközben a szuperszámítógépek általában sok helyet foglalnak el, és nagy mennyiségű elektromos energiát igényelnek a működésükhöz. A világé legerősebb szuperszámítógép, a Hewlett Packard Enterprise Frontier, másodpercenként alig több mint egy kvintillió műveletet tud végrehajtani. 680 négyzetméteren (7,300 négyzetláb) működik, működéséhez 22.7 megawatt szükséges.

Agyunk másodpercenként ugyanannyi műveletet képes végrehajtani mindössze 20 watt teljesítménnyel, miközben mindössze 1.3-1.4 kilogrammot nyom. Többek között a neuromorf számítástechnika célja, hogy feltárja ennek a csodálatos hatékonyságnak a titkait.

Tranzisztorok a határokon

30. június 1945-án a matematikus és fizikus John von Neumann ismertette egy új gép tervezését, a Elektronikus diszkrét változó automatikus számítógép (Edvac). Ez gyakorlatilag meghatározta az általunk ismert modern elektronikus számítógépet.

Az okostelefonom, a cikk írásához használt laptopom és a világ legerősebb szuperszámítógépe ugyanazt az alapvető felépítést tartalmazza, amelyet Neumann közel 80 évvel ezelőtt mutatott be. Ezek mindegyike külön feldolgozó és memóriaegységekkel rendelkezik, ahol az adatokat és az utasításokat a memóriában tárolják és egy processzor számítja ki.

Évtizedeken keresztül a mikrochipen lévő tranzisztorok száma körülbelül kétévente megduplázódott, Moore törvényeként ismert megfigyelés. Ez lehetővé tette számunkra, hogy kisebb és olcsóbb számítógépeink legyenek.

A tranzisztorok mérete azonban most közeledik az atomi skála. Ezeknél az apró méreteknél a túlzott hőképződés okoz gondot, csakúgy, mint a kvantum-alagútnak nevezett jelenség, amely megzavarja a tranzisztorok működését. Ez lassul és végül leállítja a tranzisztor miniatürizálását.

A probléma megoldása érdekében a tudósok új megközelítéseket vizsgálnak
számítástechnika, kezdve a mindannyiunk fejében elrejtett nagy teljesítményű számítógéptől, az emberi agytól. Agyunk nem John von Neumann számítógépmodellje szerint működik. Nincs külön számítási és memóriaterületük.

Ehelyett több milliárd idegsejt összekapcsolásával működnek, amelyek elektromos impulzusok formájában közölnek információkat. Az információ átadható innen az egyik neuron a másikhoz a szinapszisnak nevezett csomóponton keresztül. A neuronok és szinapszisok szerveződése az agyban rugalmas, méretezhető és hatékony.

Tehát az agyban – és a számítógépekkel ellentétben – a memóriát és a számítást ugyanazok a neuronok és szinapszisok irányítják. Az 1980-as évek vége óta a tudósok tanulmányozzák ezt a modellt azzal a szándékkal, hogy behozzák a számítástechnikába.

Imitation of Life

A neuromorf számítógépek egyszerű, elemi processzorok bonyolult hálózatain alapulnak (amelyek úgy működnek, mint az agy neuronjai és szinapszisai). Ennek a fő előnye, hogy ezek a gépek eredendően „párhuzamosak”.

Ez azt jelenti, mint a neuronoknál és a szinapszisoknál, gyakorlatilag a számítógép összes processzora működhet egyidejűleg, párhuzamosan kommunikálva.

Ráadásul, mivel az egyes neuronok és szinapszisok által végzett számítások a hagyományos számítógépekhez képest nagyon egyszerűek, az energiafogyasztás nagyságrendekkel kisebb. Bár a neuronokat néha feldolgozó egységeknek, a szinapszisokat pedig memóriaegységeknek tekintik, mind a feldolgozáshoz, mind a tároláshoz hozzájárulnak. Más szóval, az adatok már ott vannak, ahol a számítás megköveteli.

Ez általánosságban felgyorsítja az agy számítástechnikáját, mert nincs szétválasztás a memória és a processzor között, ami a klasszikus (von Neumann) gépeknél lassulást okoz. De elkerüli azt is, hogy egy adott feladatot kelljen elvégezni, azaz egy fő memóriakomponensből hozzáférni az adatokhoz, ahogy az a hagyományos számítástechnikai rendszerekben történik, és jelentős mennyiségű energiát fogyaszt.

Az imént leírt elvek adják a DeepSouth fő inspirációját. Nem ez az egyetlen aktív neuromorf rendszer. Érdemes megemlíteni a Human Brain Project (HBP)alapján finanszírozott EU kezdeményezés. A HBP 2013 és 2023 között működött, és a BrainScaleS-hez vezetett, a németországi Heidelbergben található géphez, amely emulálja a neuronok és szinapszisok működését.

BrainScaleS szimulálni tudja, hogyan „kipörögnek” a neuronok, ahogy az elektromos impulzus az agyunk neuronja mentén halad. Ez ideális jelöltté tenné a BrainScaleS-t a kognitív folyamatok mechanikájának és a jövőben a súlyos neurológiai és neurodegeneratív betegségek hátterében álló mechanizmusok vizsgálatára.

Mivel úgy tervezték, hogy utánozzák a tényleges agyat, a neuromorf számítógépek egy fordulópont kezdetét jelenthetik. Fenntartható és megfizethető számítási teljesítményt kínálva, valamint lehetővé teszik a kutatók számára, hogy értékeljék a neurológiai rendszerek modelljeit, ideális platformot jelentenek számos alkalmazáshoz. Lehetőségük van arra, hogy elősegítsék az agy megértését és a kínálatot a mesterséges intelligencia új megközelítései.

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.

Kép: Marian Anbu Juwan / pixabay

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://singularityhub.com/2023/12/20/a-new-brain-like-supercomputer-aims-to-match-the-scale-of-the-human-brain/