четверг

Нейронные компьютерные вычисления в реальности


Совсем недавно вошедшие в обиход такие понятия, как мозго-подобный чип, нейрокомпьютерное вычисление, система обмена информацией между ЭВМ и мозгом, по своему содержанию охватывают очень большой класс информационных технологий. Отдельные специалисты сравнивают мозг и компьютер и отмечают в их функционировании некоторые общие черты. 

Одной из общих особенностей является то, что человеческий мозг, как и электронный компьютер, общается и выполняет функции за счет электрического тока. Информация поступает в мозг из тела и обратно в виде электрических импульсов, передаваемых через нервы как по компьютерным проводам. Современные ученые на основе данного принципа уже многие годы разрабатывают системы нейро-компьютерного интерфейса, которые на более простом языке нередко называют мозго-подобным компьютером. 

Развитие таких мозго-подобных компьютеров недавно сделало важный шаг вперед после одной публикации о научном исследовании, проведенном группой специалистов из британского университета Эксетера (англ. University of Exeter), расположенного в городе Эксетер, графство Девон, в юго-западной части Англии.

В еженедельном научном журнале Эдванст Материалз (англ. Advanced Materials), издаваемом на английском языке в городе Вайнхайм, земля Баден-Вюртемберг, ФРГ, были опубликованы материалы исследования и результаты первой демонстрации одновременной обработки и хранения информации с использованием материалов фазового перехода (англ. phase-change material, PCM). Западные специалисты предполагают, что этот новый метод поможет произвести своего рода кибернетическую революцию, сделав компьютерные вычисления более быстрыми и более энерго-эффективными. Также предполагается, что данный метод сделает компьютеры по своим возможностям более похожими на биологические системы.

Как известно, в настоящее время компьютеры имеют дело с раздельной обработкой информацией и сохранением ее памяти, что порождает так называемый эффект бутылочного горлышка (англ. bottleneck). В результате такого разделения существенно снижается скорость и мощность вычислительных процессов, вызванная необходимостью постоянно перемещать данные между центральным процессором и памятью по каналам с низкой пропускной способностью. Это полностью отличает нынешний компьютер от всего похожего в биологическом мире, например, от человеческого мозга, где не делается никаких реальных различий между памятью и вычислением. Поэтому ученые из университета Эксетера предприняли попытку выполнить указанные две функции (вычисление и память) одновременно и в ходе своего исследования использовали материалы с фазовым изменением. Такие материалы являются своего рода полупроводниками, которые проявляют определенные замечательные свойства.

Исследование британских ученых убедительно демонстрирует, что материалы с изменением фазового состояния могут хранить и обрабатывать информацию одновременно. Ими впервые было также экспериментально показано, что компьютерная система на базе таких материалов может выполнять вычислительные операции (англ. computing operations) общего назначения, например такие, как сложение, вычитание, умножение и деление. Не менее удивительным оказался и тот факт, что, возможно, эти материалы с фазовым изменением могут быть использованы для изготовления искусственных нейронов и синапсов. По идее это означает, что искусственная кибернетическая система, полностью состоящая из устройств на основе материалов с фазовым изменением, потенциально сможет учиться и обрабатывать информацию точно таким же образом, как наши собственные мозги.

По мнению ведущего автора исследования профессора Дэвид Райт (англ. David Wright) из университета Эксетера (1), эти выводы имеют большое значение для развития совершенно новых форм развития вычислительной техники, в том числе мозго-подобных компьютеров. Как заявил профессор, они обнаружили технику, подходящую для потенциального развития новых форм электронного мозга в форме компьютерной системы, которая могла бы учиться, адаптироваться и меняться со временем. По словам Райта, это именно то, к чему британские исследователи стремились на протяжении многих лет.

Данное исследование было сфокусировано на производительности только одной клетки материала с фазовым изменением. Следующий этап в исследовании британских ученых из Эксетера будет заключаться в создании системы взаимосвязанных клеток, которые могут научиться выполнять простые задачи, такие как выявление определенных объектов и моделей.

Это исследование было профинансировано Исследовательским советом инженерных и физических наук (англ. Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC) при департаменте предпринимательства, инноваций и ремесел правительства Соединенного Королевства (2).

Ссылки

1. Professor David Wright http://emps.exeter.ac.uk/engineering/staff/dwright0
2. EPSRC www.epsrc.ac.uk