Работа человеческого мозга до сих пор загадка, его изучают с точки зрения биологии, математики, физики и электронной инженерии. Если соединить все эти знания, получится нейроморфный чип — устройство, которые имитирует работу нашего мозга. Зачем ученые хотят перенести мозг в физическую память? И почему мы до сих пор не создали искусственный интеллект, похожий на нас?
Нейроморфные чипы будут работать как наш мозг. Что это значит?
В основе нейроморфного чипа лежит принцип работы человеческого мозга. Чип повторяет функцию нейронов головного мозга, а также отвечает за передачу информации и ее обработку.
Между нейронами существуют связи, которые появляются благодаря синапсисам, по которым перемещаются электрические сигналы.
Если соблюдены все эти условия, то получается процессор, функционирующий похожим образом, что и наш мозг — он воспринимает поступающую информацию, а также меняет связи между нейронами под воздействием внешнего раздражителя — так работает процесс обучения.
Зачем разрабатывать нейроморфные чипы? Чем они лучше обычных?
Ученые считают, что именно нейроморфные чипы помогут нам создать полноценный искусственный интеллект (ИИ). Еще одна задача таких устройств — сделать быстрее обучение сверточных нейросетей, которые распознают изображения. В таком случае системе на базе ИИ не нужно делать запрос в хранилище с данными, так как все необходимое для работы уже записано в нейронах искусственного мозга.
Также нейроморфные чипы помогут организовать работу алгоритмов машинного обучения внутри самого устройства, это значит, что их можно будет использовать в смартфонах и IoT-технике.
Какие ИТ-компании разрабатывают нейроморфные чипы?
Чтобы сделать нейроморфный чип, нужно перенести и воспроизвести процесс работы человеческого мозга на цифровой носитель. Наука давно занимается этой задачей с разной степенью успешности.
В 2014 году IBM создала модульную систему TrueNorth — это искусственная сеть, которая разработана на основе нескольких процессоров. В ней есть 4,5 млрд транзисторов с 256 млн эмулируемых синапсов. Также инженеры смогли сделать систему энергоэффективной, как и наш мозг.
В 2018 году компания Intel представила свой чип под названием Loihi из 128 нейроморфных ядер, каждое из них приводит в работу 1 024 нейрона. Конфигурацию разработки можно менять с помощью API, написанного на Python.
Разработчики представляют все более похожие на наш мозг устройства, например инженеры из Манчестерского вуза создали архитектуру SpiNNaker, она состоит из 1 млн. ядер, которые запускают в работу 100 млн нейронов. Систему использовали, чтобы симулировать процессы в мозге мыши.
Еще один прорыв в этой области — работа специалистов Samsung и ученых из Гарвардского университета. Они разработали концепт имитации человеческого мозга с полупроводниковыми чипами. С помощью нового метода авторы хотят создать микросхему памяти, которая будет работать так же эффективно, как и мозг,
Почему сделать искусственный мозг сложно?
Основная проблема заключается в том, что человеческий мозг обрабатывает информацию с помощью химических соединений: нейронов в мозге может быть миллиарды, а синаптических связей между ними еще больше. Из-за такой объемной структуры почти невозможно напрямую перенести принцип получения и обработки информации на цифровое устройство. Также полноценное воспроизведение мозга требует много свободной памяти — около нескольких триллионов единиц.
Кроме этого, чтобы повторить структуру мозга, нужно изучить, как он функционирует с точки зрения биологии, математики, электронной инженерии, физики и все это попытаться воплотить в одном устройстве.
Также есть мнение, что архитектура фон Неймана, которая описывает принцип хранения команд и данных в памяти у современных компьютеров, не подходит для нейроморфных чипов, так как она строится на принципах однородности памяти, адресности и программного управления. А это противоречит идее о чипе, работающем как мозг. От этой концепции нужно отказаться и полагаться на нейробиологию.
Архитектура фон Неймана — это когда данные и инструкции хранятся в одной памяти. Этот тип архитектуры строится на принципах однородности памяти, адресности и программного управления. Большинство современных компьютеров работает по этой концепции.
Как будет работать нейроморфный чип, когда мы его изобретем?
Нейроморфный чип совершит революцию в современной технике. Все устройства, которые работают с информацией, станут намного быстрее. И это благодаря тому, что информация будет обрабатываться так же, как и в нашем мозге: автономно и параллельно.
Нейроморфный чип поможет избавиться от задержки при обработке данных или сигналов, которые посылает пользователь. Техника станет самостоятельной и автономной, также снизится расход потребления энергии.
Читать далее:
В американской пустыне вылупились «живые ископаемые». Они спали десятки лет