ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีลักษณะคล้ายสมองตัวใหม่มีเป้าหมายเพื่อให้เข้ากับขนาดของสมองมนุษย์

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีกำหนดจะออนไลน์ในเดือนเมษายน ปี 2024 จะเทียบได้กับอัตราการทำงานของสมองมนุษย์โดยประมาณ ตามที่นักวิจัยในออสเตรเลียระบุ. เครื่องจักรที่เรียกว่า DeepSouth สามารถทำงานได้ 228 ล้านล้านรายการต่อวินาที

เป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลกที่สามารถจำลองเครือข่ายเซลล์ประสาทและไซแนปส์ (โครงสร้างทางชีววิทยาที่สำคัญที่ประกอบขึ้นเป็นระบบประสาทของเรา) ในระดับสมองของมนุษย์

DeepSouth เป็นแนวทาง เรียกว่าการคำนวณแบบนิวโรมอร์ฟิกซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อเลียนแบบกระบวนการทางชีววิทยาของสมองมนุษย์ โดยจะดำเนินการจากศูนย์ International Center for Neuromorphic Systems ที่มหาวิทยาลัย Western Sydney

สมองของเราเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่น่าทึ่งที่สุดที่เรารู้จัก โดยแจกจ่ายมัน
พลังการประมวลผลของหน่วยขนาดเล็ก (เซลล์ประสาท) หลายพันล้านหน่วยที่มีปฏิสัมพันธ์ผ่านการเชื่อมต่อนับล้านล้าน (ไซแนปส์) สมองสามารถแข่งขันกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลกได้ ในขณะที่ต้องใช้พลังงานเดียวกันกับหลอดไฟตู้เย็นเท่านั้น

ในขณะเดียวกัน ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ก็ใช้พื้นที่มากและต้องการพลังงานไฟฟ้าจำนวนมากในการทำงาน โลก ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดที่ ฮิวเลตต์ แพคการ์ด เอ็นเตอร์ไพรส์ ฟรอนเทียร์สามารถดำเนินการได้มากกว่าหนึ่งล้านล้านการดำเนินการต่อวินาที ครอบคลุมพื้นที่ 680 ตารางเมตร (7,300 ตารางฟุต) และต้องใช้ไฟฟ้า 22.7 เมกะวัตต์ในการทำงาน

สมองของเราสามารถทำงานได้จำนวนเท่ากันต่อวินาทีด้วยกำลังเพียง 20 วัตต์ ในขณะที่มีน้ำหนักเพียง 1.3 ถึง 1.4 กิโลกรัม เหนือสิ่งอื่นใด การประมวลผลแบบนิวโรมอร์ฟิกมีจุดมุ่งหมายเพื่อปลดล็อกความลับของประสิทธิภาพอันน่าทึ่งนี้

ทรานซิสเตอร์ที่ขีดจำกัด

เมื่อวันที่ 30 มิถุนายน พ.ศ.1945 นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ John von Neumann กล่าวถึงการออกแบบตัวเครื่องใหม่ว่า คอมพิวเตอร์อัตโนมัติแบบแปรผันอิเล็กทรอนิกส์แบบแยกส่วน (Edvac). สิ่งนี้กำหนดคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพตามที่เรารู้

สมาร์ทโฟนของฉัน แล็ปท็อปที่ฉันใช้เขียนบทความนี้ และซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก ล้วนมีโครงสร้างพื้นฐานแบบเดียวกับที่ฟอน นอยมันน์แนะนำเมื่อเกือบ 80 ปีที่แล้ว สิ่งเหล่านี้ล้วนมีหน่วยประมวลผลและหน่วยความจำที่แตกต่างกันโดยที่ข้อมูลและคำแนะนำถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำและคำนวณโดยโปรเซสเซอร์

เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่จำนวนทรานซิสเตอร์บนไมโครชิปเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ สองปีโดยประมาณ การสังเกตที่เรียกว่ากฎของมัวร์. สิ่งนี้ทำให้เรามีคอมพิวเตอร์ที่เล็กลงและราคาถูกลง

อย่างไรก็ตาม ขนาดของทรานซิสเตอร์กำลังใกล้เข้ามาแล้ว ขนาดอะตอม. ด้วยขนาดที่เล็กเหล่านี้ การสร้างความร้อนที่มากเกินไปเป็นปัญหา เช่นเดียวกับปรากฏการณ์ที่เรียกว่าอุโมงค์ควอนตัม ซึ่งรบกวนการทำงานของทรานซิสเตอร์ สิ่งนี้กำลังชะลอตัวลง และจะหยุดการย่อขนาดของทรานซิสเตอร์ในที่สุด

เพื่อเอาชนะปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังสำรวจแนวทางใหม่ในการ
การคำนวณเริ่มต้นจากคอมพิวเตอร์อันทรงพลังที่เราทุกคนซ่อนไว้ในหัวของเรา ซึ่งก็คือสมองของมนุษย์ สมองของเราไม่ทำงานตามแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของ John von Neumann ไม่มีพื้นที่คอมพิวเตอร์และหน่วยความจำแยกกัน

พวกมันทำงานโดยเชื่อมต่อเซลล์ประสาทหลายพันล้านเซลล์ที่สื่อสารข้อมูลในรูปแบบของแรงกระตุ้นไฟฟ้า สามารถส่งข้อมูลได้จาก เซลล์ประสาทหนึ่งไปยังอีกเซลล์ประสาทหนึ่งผ่านทางแยกที่เรียกว่าไซแนปส์. การจัดระเบียบเซลล์ประสาทและไซแนปส์ในสมองมีความยืดหยุ่น ปรับขนาดได้ และมีประสิทธิภาพ

ดังนั้นในสมอง—และไม่เหมือนในคอมพิวเตอร์—หน่วยความจำและการคำนวณจึงถูกควบคุมโดยเซลล์ประสาทและไซแนปส์เดียวกัน นับตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1980 นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาแบบจำลองนี้โดยมีจุดประสงค์เพื่อนำเข้าไปสู่การประมวลผล

เลียนแบบของชีวิต

คอมพิวเตอร์นิวโรมอร์ฟิกมีพื้นฐานอยู่บนเครือข่ายที่ซับซ้อนของโปรเซสเซอร์ขั้นพื้นฐานที่เรียบง่าย (ซึ่งทำหน้าที่เหมือนเซลล์ประสาทและไซแนปส์ของสมอง) ข้อได้เปรียบหลักของสิ่งนี้ก็คือเครื่องจักรเหล่านี้ เป็น "คู่ขนาน" อย่างแท้จริง

ซึ่งหมายความว่า เช่นเดียวกับเซลล์ประสาทและไซแนปส์โปรเซสเซอร์เกือบทั้งหมดในคอมพิวเตอร์อาจทำงานพร้อมกันโดยสื่อสารควบคู่กัน

นอกจากนี้ เนื่องจากการคำนวณที่ทำโดยเซลล์ประสาทและไซแนปส์แต่ละตัวนั้นง่ายมากเมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์แบบเดิม การใช้พลังงานจึงน้อยกว่ามาก แม้ว่าบางครั้งเซลล์ประสาทจะถูกมองว่าเป็นหน่วยประมวลผล และไซแนปส์เป็นหน่วยหน่วยความจำ แต่ก็มีส่วนช่วยในการประมวลผลและจัดเก็บข้อมูล กล่าวอีกนัยหนึ่ง ข้อมูลอยู่ในตำแหน่งที่การคำนวณต้องการแล้ว

สิ่งนี้จะช่วยเร่งการประมวลผลของสมองโดยทั่วไปเนื่องจากไม่มีการแยกระหว่างหน่วยความจำและโปรเซสเซอร์ ซึ่งในเครื่องคลาสสิก (von Neumann) ทำให้เกิดการชะลอตัว แต่ยังหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการดำเนินการเฉพาะเจาะจงในการเข้าถึงข้อมูลจากส่วนประกอบหน่วยความจำหลัก เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในระบบคอมพิวเตอร์ทั่วไปและใช้พลังงานในปริมาณมาก

หลักการที่เราเพิ่งอธิบายไปเป็นแรงบันดาลใจหลักสำหรับโครงการ DeepSouth นี่ไม่ใช่ระบบประสาทเพียงระบบเดียวที่ทำงานอยู่ในปัจจุบัน เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญถึง โครงการสมองมนุษย์ (HBP), ได้รับทุนสนับสนุนภายใต้ ความคิดริเริ่มของสหภาพยุโรป. HBP เริ่มดำเนินการตั้งแต่ปี 2013 ถึง 2023 และนำไปสู่ ​​​​BrainScaleS ซึ่งเป็นเครื่องจักรที่ตั้งอยู่ในไฮเดลเบิร์ก ประเทศเยอรมนี ซึ่งจำลองวิธีการทำงานของเซลล์ประสาทและไซแนปส์

BrainScaleS สามารถจำลองวิธีที่เซลล์ประสาท "ขัดขวาง" วิธีที่แรงกระตุ้นไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปตามเซลล์ประสาทในสมองของเรา สิ่งนี้จะทำให้ BrainScaleS เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดในการตรวจสอบกลไกของกระบวนการรับรู้ และในอนาคตจะรวมถึงกลไกที่เป็นสาเหตุของโรคทางระบบประสาทและระบบประสาทที่ร้ายแรง

เนื่องจากได้รับการออกแบบมาเพื่อเลียนแบบสมองจริง คอมพิวเตอร์นิวโรมอร์ฟิกจึงเป็นจุดเริ่มต้นของจุดเปลี่ยน นำเสนอพลังการประมวลผลที่ยั่งยืนและราคาไม่แพง และช่วยให้นักวิจัยสามารถประเมินแบบจำลองของระบบประสาทได้ สิ่งเหล่านี้จึงเป็นแพลตฟอร์มที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย พวกเขามีศักยภาพที่จะพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับสมองและข้อเสนอของเรา แนวทางใหม่สำหรับปัญญาประดิษฐ์.

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

เครดิตภาพ: แมเรียน อันบู จูวัน / Pixabay

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://singularityhub.com/2023/12/20/a-new-brain-like-supercomputer-aims-to-match-the-scale-of-the-human-brain/