Neuromorfinė kompiuterija

neuro morf

Džordžijos technologijos instituto (JAV) elektronikos inžinieriai paskelbė veiksmų planą (angl. roadmap), kuriame aptariamos inovatyvios analogine elektronika pagrįstos technologijos, kuriomis, jų manymu, būtų galima sukurti praktiškai pritaikomą neuromorfinį kompiuterį (veikiantį panašiu principu, kaip veikia smegenų neuronai), tuo pačiu smarkiai sumažinant jo darbui reikalingą energiją.
Skirtingai nuo skaitmeninių skaičiavimų, kuriems kompiuteriai vienu metu gali pasitelkti daug įvairių programų, analoginiai grandynai paprastai gali vienu metu spręsti tik vieną užduotį. Pavyzdžiui, mobilieji telefonai naudoja labai efektyviai energiją naudojančias analogines schemas, kurios atlieka tik konkrečias funkcijas, pavyzdžiui, vartotojo balso signalų priėmimą, akumuliatoriaus energijos eikvojimo valdymą ir pan.

neuro_morf
Profesorė Jennifer Hasler demonstruoja programuojamą analoginį masyvą (Field Programmable Analog Array,  FPAA), turintį integruotą schemą su neuronų struktūras imituojančiais ryšiais.

Kadangi analoginiai prietaisai neturi sukurti ir apdoroti dvejetainių kodų, konkrečias užduotis jie gali atlikti ir greičiau, ir sunaudodami mažiau energijos.
Problema ta, kad tradicinių analoginių grandynų galimybės yra ribotos, nes jie kuriami atlikti konkrečią užduotį, pavyzdžiui, tik apdoroti signalą, moduliuoti dažnį ar amplitudę, ir nieko kito atlikti negali. Jie neturi to lankstumo kaip skaitmeniniai prietaisai, į kuriuos galima įkrauti įvairiausią programinę įrangą, taip pat analoginiai prietaisai jautresni signalo trikdžiams ir triukšmams.

Tačiau pastaraisiais metais Džordžijos technologijos instituto elektronikos inžinieriai sukūrė eilę analoginių integrinių grandynų, kurie gali perimti nemažai skaitmeninių grandinių funkcijų.
Šie analoginiai lustai, beje, taip pat pagaminti silicio pagrindu, gali būti greitai modifikuoti taip, kad galėtų atlikti reikiamas funkcijas, ir tuo tampa panašiais į įprastas skaitmenines schemas.

Įdomiausia tai, kad jų modifikavimą arba perprogramavimą nėra būtina atlikti gamybos metu, tai gali padaryti ir pats vartotojas. Šie įtaisai vadinami vietoje programuojamais analoginiais masyvais (Field Programmable Analog Arrays,  FPAA), žodis „field“ ir reiškia, kad jie gali būti pertvarkomi jau po gamybos fazės, toje vietoje, kur ir bus naudojami.

 

SCOPE

Įvairių procesorių ir technologijų skaičiavimų efektyvumo laike kitimas: vertikalioje ašyje – milijardai veiksmų, atlikti su vienu džiauliu energijos.

Straipsnyje mokslininkai aptaria būdus, kaip ženkliai gali būti sumažintas energijos suvartojimas, ir padidintas efektyvumas ir našumas, ir galiausia sukurtos didelio masto neuromorfinės sistemos.

SCOPE

Mokslininkų vertinimu, tokia konfigūruojama analoginė-skaitmeninė sistema gali padidinti elektros energijos vartojimo efektyvumą iki 10.000 kartų (105), lyginant su grynai skaitmeninėmis sistemomis.

 

Autorių teigimu, „pagrindinė koncepcija yra tokia, kad mes turime pirmiausia sukurti mažesnes sistemas, galinčias imituoti tik vieno sluoksnio smegenų žievės veiklą, o kai tokios sistemos pradės veikti, jas galima sluoksnis po sluoksnio jungti viena su kita, taip didinat jos sudėtingumą ir našumą“. Viena didžiausių neuromorfinio skaičiavimo kliūčių yra komunikacia tarp integrinių grandynų, veikiančių viename tinkle.

Šis darbas paskelbtas atviros prieigos žurnale „Frontiers in Neuroscience“.

Finding a roadmap to achieve large neuromorphic hardware systems