Är neuromorfa system framtiden för högpresterande datorer?

Tidsstämpel: 8 mars 2022 10:26
Källnod: 1205029

Den mänskliga hjärnan är anmärkningsvärt bra på att lagra och bearbeta information. Medan vår kunskap om hur hjärnan fungerar på intet sätt är fullständig, utvecklar forskare och ingenjörer datorteknik som efterliknar hur neuroner verkar i hjärnan. Det här handlar inte bara om att bygga snabbare datorer; hjärnan är också mycket energieffektiv och tidiga indikationer tyder på att neuromorfa system skulle kunna ge förbättrad energieffektivitet. Detta är en viktig faktor eftersom energiförbrukning och spillvärme är begränsande faktorer för konventionell elektronik.

En stor fråga för de som arbetar inom området är hur långt vi ska gå för att efterlikna hjärnan. Ska framtida system vara neuromorfa – försöka skapa system som är så nära hjärnan som möjligt – eller ska de inspireras av hjärnan snarare än att efterlikna den?

Ett bra sätt att tänka på detta är förhållandet mellan fåglar och flygplan. Människans flygning inspirerades av fåglar och ett flygplan efterliknar flera aspekter av fågelflyg – den mest uppenbara är två vingar. Men ett flygplan är inte på något sätt en kopia av en fågel – jetmotorer är väldigt annorlunda än till exempel vingflackande muskler.

Fyra experter

Denna vecka deltog fyra experter i en diskussion om den framtida rollen för neuromorfa system i datoranvändning. Evenemanget leddes av Regina Dittmann, som är expert på elektroniskt material vid Forschungszentrum Jülich i Tyskland.

Att argumentera för neuromorfisk datoranvändning var Kwabena Boahen – grundaren och chefen för Stanford Universitys Brains in Silicon lab i Kalifornien – och Ralph Etienne-Cummings, som leder Computational Sensory-Motor Systems Laboratory vid Johns Hopkins University i Maryland.

Förespråkar försiktighet var Yann LeCun – som är chef för AI-forskare på Meta (Facebook) och medlem av Computational Intelligence, Learning, Vision, and Robotics Lab vid New York University – och Bill Dally är chefsforskare vid NVIDIA och medlem av Bio-X vid Stanford University.

Integration i 3D

Boahen startade debatten med att säga att framgången med neuromorfa datorer beror på vår förmåga att integrera och skala upp komponenter ungefär som hur halvledarindustrin uppnådde exponentiell tillväxt i antalet transistorer på ett chip under många år. För att illustrera hur viktig tidskonstanten är i denna neuromorfa Moores lag, använde han en underhållande enhet för neuromorf beräkningskraft – kapybarans hjärna – som han jämförde med en flugs hjärna.

Att flytta från 2D- till 3D-arkitekturer skulle bidra till att driva integrationen, tror Boahen, men det finns många utmaningar.

Etienne-Cummings påpekade att neuromorphic computing är mycket annorlunda än konventionella datorer. Till skillnad från elektroniska pulser i en dator bär spänningsspikar i ett neuralt system ingen information, utan det är intervaller mellan topparna som är viktiga. På sätt och vis når neuromorfa system in i den fjärde dimensionen.

Medicinska tillämpningar

Han betonade att spikbaserade neuromorfa system kommer att spela viktiga roller för att integrera biologiska system med konventionella datorer. Detta skulle leda till bättre medicinsk teknik som till exempel proteser.

På tal om begränsningarna hos neuromorfisk beräkning, påpekade Dally att spikar är ett ineffektivt sätt att representera tal. Detta innebär att de inte är särskilt användbara för att utföra många uppgifter som för närvarande utförs av konventionella datorer. Han sa faktiskt att vi måste tänka mer på vilka neurala nätverksmodeller som är lämpliga för vilka uppgifter – med exemplet fågeln och flygplanet. Neuromorfa system skulle vara användbara för att simulera biologi, sa han.

LeCun höll med om behovet av att vara smart med vad vi kopierar från hjärnan i datorsystem. Han påpekade att den analoga elektronik som behövs för neuromorfa datorer är mycket svår att bygga och integrera för tillfället, och frågade om en revolution inom tekniken är på väg.

Neuromorfa acceleratorer

Han sa att neuromorfa system skulle kunna användas som acceleratorer som gör specifika uppgifter för konventionella datorsystem. Ett exempel han gav är en accelerator för augmented-reality-glasögon.

Så, var publiken övertygad av de neuromorfa förespråkarna eller av skeptikerna? En undersökning gjord i början av debatten av Dittman antydde att 46 % av publiken höll med om att neuromorfa system är framtiden för högpresterande datoranvändning. Efter debatten steg detta till 56%, så ja har det.

Du kan registrera dig för att se debatten här: Framtiden för högpresterande datorer: är neuromorfa system svaret? Debatten sponsras av tidskriften Neuromorphic Computing and Engineering. Den publiceras av IOP Publishing, som också ger dig Fysikvärlden.

Posten Är neuromorfa system framtiden för högpresterande datorer? visades först på Fysikvärlden.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden