Creierul electronic devine realitate: IBM a dezvoltat primul cip neurosinaptic

Cercetatorii IBM anunta o noua generatie de cipuri computationale experimentale, dezvoltate pentru a imita abilitatile creierului uman: perceptie, actiune si cunoastere. Tehnologia poate genera multe comenzi de amploare cu un consum redus de energie si spatiu comparativ cu utilizarea computerelor din prezent, afirma expertii IBM.

Primul cip computational neurosinaptic al IBM recreeaza fenomenul dintre reteaua neuronala si sinapsele din sistemul biologic, precum creierul uman, printr-un sistem avansat de aLGoritmi si circuite de silicon. Primele doua prototipuri ale cipului au fost deja fabricate si in prezent se afla in testare.

Supranumite computerele cognitive, sistemele construite pe baza acestor cipuri nu vor fi programate precum computerele traditionale. Mai mult, computerele cognitive vor invata pe baza exprientelor, vor gasi corelatii, vor crea ipoteze si isi vor aminti – si vor invata – consecintele, mimand structura creierului uman si maleabilitatea sinaptica.

Pentru a face acest lucru, IBM combina principiile nanostiintei, a celei neurologice si supercomputing-ului ca parte a unei initiative computationale cognitive ce se desfasoara pe mai multi ani.

Compania si colaboratorii sai din mediul universitar au anuntat, deasemenea, ca au primit o finantare in valoare de 21 milioane de dolari de la Agentia Proiectelor de Cercetare Avansata in domeniul Apararii pentru cea de-a doua faza a proiectului SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics)– Sisteme electronice plastice scalabile neuromorfic adaptabile.

Scopul SyNAPSE este acela de a crea un sistem care nu doar analizeaza informatie complexa din mai multe module senzoriale in acelasi timp, dar se si reconecteaza dinamic pe masura ce interactioneaza cu  mediile sale – toate acestea rivalizand cu dimensiunea compacta a creierului si utilizarea redusa de energie. Echipa IBM a incheiat cu success faza 0 si Faza 1 a proiectului.

“Aceasta reprezinta o initiativa majora de a trece dincolo de paradigma von Neumann, paradigma ce patroneaza arhitectura calculatorului de mai bine de jumatate de secol”, a declarat Dharmendra Modha, lider de proiect pentru IBM Research. “Viitoarele aplicatii ale computing-ului vor mari cererile in privinta functionalitatii care nu poate fi oferita eficient de arhitectura traditionala. Aceste cipuri reprezinta un alt pas important in evolutia computerelor, de la simple calculatoare la sisteme de invatare, indicand inceputul dezvoltarii unor noi generatii de computere si aplicatii pentru mediul de business, stiintific si guvernamental”.

Cipurile neurosinaptice

Desi nu contin elemente biologice, primele prototipuri de cipuri computationale cognitive folosesc circuite Digitale din silicon inspirate din neurobiologie pentru a realiza „nucleul neurosinaptic” cu memorie integrata (sinapse replicate), cu abilitati de evaluare (neuroni replicati) si comunicare (axoni replicati).

IBM are doua prototipuri functionale. Ambele nuclee SOI-CMOS au fost fabricate utilizand tehnologie de 45 nanometrii si contine 256 neuroni. Un nucleu contine 262,144 sinapse de programare iar celalalt nucleu contine 65,536 sinapse de invatare. Echipa IBM a demonstrat cu succes aplicatii simple precum navigatia, analiza imaginilor pentru colectarea de date in privinta controlului unui proces sau activitate, recunoasterea unei imagini, memoria asociativa si clasificare.

Scopul pe termen lung al IBM este acela de a construi un cip cu zeci de miliarde de neuroni si sute de miliarde de sinapse cu un consum de aproximativ un kilowatt si care sa ocupe un volum mai mic de  2 litri.

De ce computing cognitiv

Viitoarele cipuri vor putea capta informatii din medii reale, complexe prin multiple modalitati senzoriale si sa actioneze prin multiple procedee automate, intr-o maniera coordonata, dependenta de context.

De exemplu, un sistem de calcul cognitiv pentru monitorizarea lantului de distributie a apei la nivel mondial contine o retea de senzori si mecanisme de actionare care inregistreaza constant si raporteaza valori precum temperatura, presiunea, greutatea valului,  zgomotul, fluxul si refluxul oceanului si raporteaza o alerta de tsunami bazata pe abilitatea de a lua decizii. Similar, responsabilul cu aprovizionarea unui magazin poate folosi un sistem instrumentat care monitorizeaza aspectul, mirosul, textura si temperatura pentru a indica produse contaminate sau expirate. Intelegerea fluxului informational in timp real la un volum de calcul tot mai mare ar reprezenta o „incercare Herculiana” pentru computerele actuale, dar ar fi ceva natural pentru un sistem inspirat din functionalitatile creierului uman.

“Imaginati-va semafoarele care pot integra sisteme de vizionare, sunorizare si olfactive si care ar putea indica intersectii nesigura inainte ca un dezastru sa se intample sau imaginati-va coprocesoare cognitive care ar transforma serverele, laptopurile, tabletele si telefoanele in masinarii care ar interactiona mai bine cu mediul lor”, a spus dr. Modha.

Pentru faza 2 a proiectului SyNAPSE, IBM a reunit o echipa de cercetatori si colaboratori din diverse domenii la nivel mondial pentru a duce la indeplinire aceste scopuri ambitioase. Echipa include personalitati de la Universitatea Columbia, Universitatea Cornell, Universitatea Merced din California si Universitatea Madison din Wisconsin.

IBM are o experienta bogata in domeniul cercetarii inteligentei artificiale care a inceput in 1956 cand IBM a efectuat prima simulare corticala din lume la scara mare (512 neuroni).

Recent cercetatorii IBM Research au creat Watson, un sistem de calcul analitic specializat in intelegerea limbajului uman si care ofera raspunsuri specifice la intrebari complexe cu o viteza foarte mare. Watson reprezinta o reusita extraordinara in ceea ce priveste intelegerea limbajului natural de catre computer, “limbajul real” care nu este conceput sau codat special doar pentru calculatoare, ci limbajul pe care oamenii il folosesc pentru a asimila si transmite cunostinte.

Cipurile computationale cognitive IBM au fost concepute in cadrul unitatii de producere a cipurilor din Fishkill, New York si sunt in prezent testate in laboratoarele de cercetare IBM din Yorktown Heights, N.Y. si San Jose, California.