Επανάσταση στην τεχνολογία των υπολογιστών: Έρευνα του Greifswald εμπνευσμένη από τον εγκέφαλο!

Επανάσταση στην τεχνολογία των υπολογιστών: Έρευνα του Greifswald εμπνευσμένη από τον εγκέφαλο!

Οι φυσικοί του Πανεπιστημίου του Greifswald αναπτύσσουν μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για ενεργειακά αποδοτικούς υπολογιστές που είναι εμπνευσμένη από τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Δεδομένων των προκλήσεων που αντιμετωπίζει η σημερινή τεχνολογία υπολογιστών - ιδιαίτερα υψηλή κατανάλωση ενέργειας, διαχωρισμός μονάδων αποθήκευσης και επεξεργασίας και αργές μεταφορές δεδομένων - είναι απαραίτητη μια επανεξέταση της αρχιτεκτονικής υπολογιστών. Οι αυξανόμενες απαιτήσεις λόγω των εκτεταμένων μοντέλων AI και των τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων οδηγούν την έρευνα σε νευρομορφικές έννοιες που βασίζονται στη λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αυτές οι προσεγγίσεις γίνονται όλο και πιο σχετικές για την επίτευξη βιώσιμης ανάπτυξης στην επιστήμη των υπολογιστών, όπως π.χ uni-greifswald.de αναφέρθηκε.

Η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Δρ. Tahereh Sadat Parvini και τον καθηγητή Dr. Markus Münzenberg εργάζεται σε διασταυρώσεις μαγνητικής σήραγγας (MTJs) που μπορούν να αποθηκεύουν και να επεξεργάζονται πληροφορίες. Η ομάδα αναπτύσσει ένα υβριδικό σχήμα οπτοηλεκτρικής διέγερσης που συνδυάζει ηλεκτρικά ρεύματα με σύντομους παλμούς λέιζερ. Αυτή η μεθοδολογία επιτρέπει τη δημιουργία μεγάλων θερμοηλεκτρικών τάσεων σε MTJ, οι οποίες προάγουν τη συμπεριφορά που μοιάζει με συνάψεις.

Ιδιότητες και εφαρμογές της νέας τεχνολογίας

Οι επαφές μαγνητικής σήραγγας χαρακτηρίζονται από τρεις αξιοσημείωτες ιδιότητες: Πρώτον, η τάση μπορεί να ρυθμιστεί ευέλικτα, η οποία αντιστοιχεί σε ένα συναπτικό βάρος. Δεύτερον, εμφανίζονται αυθόρμητα σήματα «ακίδας», παρόμοια με την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των νευρικών κυττάρων. Τρίτον, ένα ανεπτυγμένο νευρομορφικό δίκτυο πέτυχε ακρίβεια αναγνώρισης 93,7% για χειρόγραφα ψηφία στις προσομοιώσεις. Ο καθηγητής Dr. Markus Münzenberg τονίζει τη συμπαγή και εξοικονόμηση ενέργειας πλατφόρμα, η οποία καθιστά αυτή την τεχνολογία προορισμένη για μελλοντικές εφαρμογές υπολογιστών. Επιπλέον, η τεχνολογία είναι συμβατή με την υπάρχουσα τεχνολογία ημιαγωγών, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση της σε καθημερινές συσκευές και υπολογιστές υψηλής απόδοσης.

Οι προκλήσεις στον τρέχοντα τομέα υπολογιστών, όπως το αυξανόμενο κόστος ανάπτυξης και παραγωγής chip και η απαραίτητη εστίαση σε τεχνολογίες εξοικονόμησης πόρων, αντιμετωπίζονται επίσης από iis.fraunhofer.de θεματοποιημένη. Ο νευρομορφικός υπολογισμός θεωρείται λύση επειδή μιμείται τον τρόπο που λειτουργεί ο βιολογικός εγκέφαλος. Αυτές οι προσεγγίσεις όχι μόνο βελτιώνουν την ενεργειακή απόδοση, αλλά επιτρέπουν επίσης εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης με ένταση πόρων σε συσκευές που τροφοδοτούνται με μπαταρία.

Μελλοντικές προοπτικές στον νευρομορφικό υπολογισμό

Μια βασική πτυχή του νευρομορφικού υπολογισμού είναι ο συνδυασμός χαμηλής καθυστέρησης και υψηλής ενεργειακής απόδοσης, ο οποίος προορίζεται να βοηθήσει στη βελτιστοποίηση εφαρμογών τεχνητής νοημοσύνης αιχμής σε πραγματικό χρόνο. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να διαδραματίσει βασικό ρόλο, ιδιαίτερα στον τομέα των λύσεων προστασίας δεδομένων που δεν απαιτούν πρόσβαση σε συστήματα cloud. Ως εκ τούτου, η Fraunhofer IIS ξεκίνησε το έργο «Neuromorphic Computing», το οποίο αναπτύσσει αλγόριθμους και υλικό για νευρομορφικούς επεξεργαστές στην τεχνολογία CMOS για ενσωμάτωση σε τελικές συσκευές.

Επιπλέον, η βιομηχανία εργάζεται για την ανάπτυξη καινοτόμων εφαρμογών τεχνητής νοημοσύνης αιχμής που θα επιτρέψουν την υψηλή παράλληλη επεξεργασία και τη χαμηλή καθυστέρηση. Μεγάλες εταιρείες όπως η Intel, η IBM και άλλα ερευνητικά ιδρύματα επενδύουν σε μεγάλο βαθμό σε αυτήν την τεχνολογία, η οποία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μεσοπρόθεσμα σε τομείς όπως η ρομποτική, η ιατρική τεχνολογία και τα αυτόνομα συστήματα techzeitgeist.de προβλεπόταν.

Αν και υπάρχουν εξελίξεις όπως το τσιπ Loihi της Intel, το οποίο είναι ειδικά βελτιστοποιημένο για εφαρμογές υπολογιστών αιχμής, προκλήσεις όπως το υψηλό κόστος παραγωγής και η ανάγκη ανάπτυξης κατάλληλου λογισμικού εμποδίζουν την εξάπλωση των νευρομορφικών συστημάτων. Οι προβλέψεις δείχνουν ότι τα πρώτα νευρομορφικά τσιπ θα μπορούσαν να είναι διαθέσιμα μέχρι το 2025, αλλά δεν μπορούν να ενσωματωθούν εύκολα στη μαζική αγορά λόγω των υπαρχόντων εμποδίων.

Οι εξελίξεις στη νευρομορφική τεχνολογία υπολογιστών, που καθοδηγούνται από το Πανεπιστήμιο του Greifswald και υποστηρίζονται από συνεργασίες με ινστιτούτα όπως το Max Planck Institute for the Science of Light και το International Iberian Nanotechnology Laboratory, αντιπροσωπεύουν μια σημαντική πρόοδο που όχι μόνο θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην επιστήμη των υπολογιστών, αλλά θα έχει επίσης αντίκτυπο σε πολλές άλλες βιομηχανίες.