Zijn neuromorfe systemen de toekomst van high-performance computing?

Tijdstempel: 8 maart 2022 10:26 uur
Bronknooppunt: 1205029

Het menselijk brein is opmerkelijk goed in het opslaan en verwerken van informatie. Hoewel onze kennis over hoe de hersenen werken nog lang niet volledig is, ontwikkelen wetenschappers en ingenieurs computertechnologieën die de werking van neuronen in de hersenen nabootsen. Dit gaat niet alleen over het bouwen van snellere computers; de hersenen zijn ook zeer energiezuinig en vroege indicaties zijn dat neuromorfe systemen een verbeterde energie-efficiëntie zouden kunnen opleveren. Dit is een belangrijke overweging omdat energieverbruik en restwarmte beperkende factoren zijn voor conventionele elektronica.

Een grote vraag voor degenen die in het veld werken, is hoe ver we moeten gaan in het nabootsen van de hersenen. Moeten toekomstige systemen neuromorfisch zijn - systemen proberen te creëren die zo dicht mogelijk bij de hersenen staan ​​- of moeten ze door de hersenen worden geïnspireerd in plaats van het na te bootsen?

Een goede manier om hierover na te denken is de relatie tussen vogels en vliegtuigen. Menselijke vlucht is geïnspireerd door vogels en een vliegtuig bootst verschillende aspecten van vogelvlucht na - de meest voor de hand liggende zijn twee vleugels. Maar een vliegtuig is geenszins een kopie van een vogel - straalmotoren zijn bijvoorbeeld heel anders dan spieren die met vleugels klapperen.

Vier experts

Deze week namen vier experts deel aan een debat over de toekomstige rol van neuromorfe systemen in de informatica. Het evenement werd voorgezeten door Regina Dittmann, die een expert is op het gebied van elektronische materialen aan het Forschungszentrum Jülich in Duitsland.

De argumenten voor neuromorphic computing waren: Kwabena Boahen – de oprichter en directeur van het Brains in Silicon lab van Stanford University in Californië – en Ralph Etienne Cummings, die het Computational Sensory-Motor Systems Laboratory aan de Johns Hopkins University in Maryland leidt.

Voorzichtigheid bepleiten waren: Yann LeCun – die hoofd AI-wetenschapper is bij Meta (Facebook) en lid van het Computational Intelligence, Learning, Vision, and Robotics Lab aan de New York University – en Bill Dally is hoofdwetenschapper bij NVIDIA en lid van Bio-X aan de Stanford University.

Integratie in 3D

Boahen opende het debat door te zeggen dat het succes van neuromorfisch computergebruik afhangt van ons vermogen om componenten te integreren en op te schalen, net zoals de halfgeleiderindustrie jarenlang een exponentiële groei van het aantal transistors op een chip realiseerde. Om te illustreren hoe belangrijk de tijdconstante in deze neuromorfische wet van Moore is, gebruikte hij een vermakelijke eenheid van neuromorfe rekenkracht - de capibara's hersenen - die hij vergeleek met de hersenen van een vlieg.

De overstap van 2D- naar 3D-architecturen zou de integratie bevorderen, meent Boahen, maar er zijn veel uitdagingen.

Etienne-Cummings wees erop dat neuromorfisch computergebruik heel anders is dan conventioneel computergebruik. In tegenstelling tot elektronische pulsen in een computer, dragen spanningspieken in een neuraal systeem geen informatie, maar zijn intervallen tussen pieken belangrijk. In zekere zin reiken neuromorfe systemen tot in de vierde dimensie.

Medische toepassingen

Hij benadrukte dat op spikes gebaseerde neuromorfe systemen een belangrijke rol zullen spelen bij de integratie van biologische systemen met conventionele computers. Dit zou leiden tot betere medische technologieën zoals bijvoorbeeld protheses.

Sprekend over de beperkingen van neuromorfisch computergebruik, wees Dally erop dat spikes een inefficiënte manier zijn om getallen weer te geven. Dit betekent dat ze niet bijzonder nuttig zijn voor het uitvoeren van veel taken die momenteel door conventionele computers worden uitgevoerd. Hij zei inderdaad dat we meer moeten nadenken over welke neurale netwerkmodellen geschikt zijn voor welke taken - met het voorbeeld van de vogel en het vliegtuig. Neuromorfe systemen zouden nuttig zijn voor het simuleren van biologie, zei hij.

LeCun was het ermee eens dat we slim moeten zijn in wat we in computersystemen uit de hersenen kopiëren. Hij wees erop dat de analoge elektronica die nodig is voor neuromorphic computing op dit moment erg moeilijk te bouwen en te integreren is, en vroeg of er een revolutie in technologie op komst is.

Neuromorfe versnellers

Hij zei dat neuromorfe systemen kunnen worden gebruikt als versnellers die specifieke taken uitvoeren voor conventionele computersystemen. Een voorbeeld dat hij gaf is een versneller voor augmented reality-brillen.

Dus, was het publiek overtuigd door de voorstanders van neuromorfisme of door de sceptici? Een peiling aan het begin van het debat door Dittman suggereerde dat 46% van het publiek het ermee eens was dat neuromorfe systemen de toekomst zijn van high-performance computing. Na het debat steeg dit tot 56%, dus het is duidelijk.

U kunt zich hier aanmelden om het debat te bekijken: De toekomst van high-performance computing: zijn neuromorfe systemen het antwoord? Het debat wordt gesponsord door het tijdschrift Neuromorfe computers en engineering. Het wordt uitgegeven door IOP Publishing, wat u ook brengt Natuurkunde wereld.

De post Zijn neuromorfe systemen de toekomst van high-performance computing? verscheen eerst op Natuurkunde wereld.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld