211service.com
IBM's nieuwe chips rekenen meer zoals wij
Een microchip met ongeveer net zoveel hersenkracht als een tuinworm lijkt misschien niet erg indrukwekkend, vergeleken met de oogverblindend snelle chips in moderne personal computers. Maar een nieuwe microchip, gemaakt door onderzoekers van IBM, is een mijlpaal. In tegenstelling tot een gewone chip bootst het de werking van een biologisch brein na - een prestatie die nieuwe mogelijkheden voor berekeningen zou kunnen openen.
Hersen spelletjes: Een nieuwe IBM-chip leest het handschrift van een onderzoeker.
In de hersenen wordt informatie parallel verwerkt en zijn berekening en geheugen met elkaar verweven. Elk neuron is verbonden met vele andere, en de sterkte van deze verbindingen verandert voortdurend naarmate de hersenen leren. Men denkt dat deze dynamiek cruciaal is voor leren en geheugen, en dat is wat de onderzoekers probeerden na te bootsen in silicium. Conventionele chips verwerken daarentegen de ene bit na de andere en shunt informatie tussen een discrete processor en geheugencomponenten. Hoe groter een probleem is, hoe groter het aantal bits dat moet worden geschud.
De IBM-onderzoekers hebben twee demonstratiechips gebouwd en getest die informatie opslaan en verwerken op een manier die een natuurlijk zenuwstelsel nabootst. Het bedrijf zegt dat deze vroege chips de bouwstenen zouden kunnen zijn voor iets veel ambitieuzers: een computer ter grootte van een schoenendoos die ongeveer de helft van de complexiteit van een menselijk brein heeft en slechts één kilowatt aan stroom verbruikt. Dit wordt ontwikkeld met $ 21 miljoen aan financiering van het Defense Advanced Research Projects Agency, in samenwerking met verschillende universiteiten.
De onderzoekers van het bedrijf en hun academische medewerkers zullen volgende maand twee papers presenteren op de Aangepaste geïntegreerde schakelingen conferentie in San Jose, Californië, waaruit blijkt dat de chipontwerpen een zeer laag stroomverbruik hebben en werken met software die neurale circuits nabootst. In één experiment leert een neurale kern, zoals de nieuwe chips worden genoemd, Pong spelen; in een andere leert het een auto te navigeren op een eenvoudig racecircuit; en in een andere leert het beelden te herkennen.
Conventionele computers zijn zeer krachtig geworden, maar ze vereisen enorme hoeveelheden capaciteit en kracht om taken na te bootsen die mensen als vanzelfsprekend beschouwen. IBM's Watson-computersysteem, bijvoorbeeld, versloeg op beroemde wijze twee van de beste mensen Gevaar! spelers in een wedstrijd in februari. Maar daarvoor was 16 terabyte aan geheugen en een cluster van enorm krachtige servers nodig.
De hersenen hebben deze problemen op briljante wijze opgelost, met slechts 10 watt aan vermogen, zegt Kwabena Boahen , een professor in bio-engineering aan de Stanford University die momenteel niet betrokken is bij het IBM-project. Een machine met de intelligentie die we hebben, kan lezen en verbanden leggen, informatie binnenhalen en er betekenis aan geven, in plaats van alleen overeenkomsten te maken.
Hoe zo'n cognitieve computer moet worden ontworpen en hoe hij moet werken, is echter controversieel. Biologen begrijpen immers nog steeds niet hoe de hersenen werken.
IBM heeft slechts beperkte details vrijgegeven over de werking en prestaties van zijn nieuwe chips. Maar projectleider Dharmendra Modha zegt dat de chips verder gaan dan eerder werk op dit gebied door twee aspecten van de hersenen na te bootsen: de nabijheid van delen die verantwoordelijk zijn voor geheugen en berekening (nagebootst door de hardware) en het feit dat verbindingen tussen deze delen kunnen worden gemaakt en ongedaan gemaakt, en sterker worden of zwakker na verloop van tijd (verwezenlijkt door de software).
De nieuwe chips bevatten digitale transistors van 45 nanometer die direct bovenop een geheugenarray zijn gebouwd. Het is alsof je gegevens hebt opgeslagen naast elke logische poort in de processor, zegt computerwetenschapper van Cornell University Rajit Manohar , die samenwerkt met IBM aan hardware-ontwerpen. Dit betekent dat de chips 45 picojoule per gebeurtenis verbruiken, wat de overdracht van een puls in een neuraal netwerk nabootst. Dat is ongeveer 1.000 keer minder stroom dan een conventionele computer verbruikt, zegt Gert Cauwenberghs , directeur van het Institute for Neural Computation aan de Universiteit van Californië, San Diego.
Tot nu toe heeft het IBM-team alleen zeer basale software op deze chips gedemonstreerd, maar ze hebben de basis gelegd voor het uitvoeren van complexere software op eenvoudigere computers dan in het verleden mogelijk was. In 2009 voerde Modha's groep simulaties uit van een neuraal netwerk zo complex als het brein van een kat op een supercomputer. Ze snijden hun tanden in enorme simulaties, zegt Michael Arbib , directeur van het USC Brain Project. Nu hebben ze chips bedacht die het misschien gemakkelijker maken om [cognitieve computersoftware te gebruiken], maar ze hebben dit nog niet bewezen, zegt hij.
Modha's groep begon met het modelleren van een systeem van muisachtige complexiteit, werkte vervolgens uit tot een rat, een kat en uiteindelijk een aap. Telkens moesten ze overstappen op een krachtigere supercomputer. En ze waren niet in staat om de simulaties in realtime uit te voeren, vanwege de scheiding tussen geheugen en processor die de nieuwe chipontwerpen moeten overbruggen. De nieuwe hardware zou deze software sneller moeten laten draaien, minder energie verbruiken en in een kleinere ruimte. Ons uiteindelijke doel is een cognitief computersysteem op menselijke schaal, zegt Modha.