Katonai pénzből készül a biológiai elvű processzor

Az élő és a gép házassága: a „neuroszinaptikus” mikroprocesszor prototípusa már jóval inkább a neuronokhoz és a szinapszisokhoz hasonlóan működik, mint a hagyományos félvezetőkhöz.

Az elmúlt hónapokban a csapat kifejlesztette a „neuroszinaptikus” mikroprocesszor prototípusát, amely már jóval inkább a neuronokhoz és a szinapszisokhoz hasonlóan működik, mint a hagyományos félvezetőkhöz. A projekt tapasztalatai megmutatták, hogy milyen tervezési elveket, koncepciókat és technikákat érdemes kölcsönözni a biológiától a számítástechnika határainak kitágításához, és azt is, hogy mit nem lehet alkalmazni, vagy minek nincs értelme.

Kezdetben a program vezetője – Dharmendra S. Modha, az IBM kutatója – úgy határozta meg a kutatás célját, hogy a mérnököknek az emberi agy felépítésének, funkciójának és működésének elemzésével, egyfajta „fordított mérnöki tevékenységgel” (reverse-engineering) kell modellezniük a gondolkodás technológiai alapjait. A projekt szuperszámítógépes szimulációkkal indult, amelyekkel az állati agy összetettségéről kívántak mintát szerezni – először egy macskáéról, majd egy majoméról. A tudományos világ blogjaiban és online fórumaiban néhány neurológus azonban élesen bírálta az IBM-et, amiért túlzott követeléseket és célokat támasztott a programmal szemben, amelyeket az nem valósíthat meg.

Mostanság az IBM San José-i Almaden Kutatóközpontjában nem sok szó esik az emberi aggyal kapcsolatos reverse-engineeringről. Ugyanakkor a szűk időkerettel meghatározott nagy ívű célkitűzések – magyarázta Modha – akkor is részei maradnak a kutatásnak, ha a velük kapcsolatos kommunikáció korábban túlzásokat és félreérthető elemeket tartalmazott. „Azt eldönteni, hogy merre ne menjünk, ugyanolyan fontos, mint azt, hogy merre igen.Nem próbáljuk meg reprodukálni az emberi agyat, hiszen ez lehetetlen: egyszerűen nem tudjuk, hogyan működik„ – fejtette ki.

A vita azonban segített meghatározni a kutatások irányát a DARPA által kitűzött céloknak megfelelően: a technológiának önszervezőnek kell lennie – tehát képesnek kell lennie a tanulásra, nem csupán reagálni a hagyományos programozási parancsokra –, és csak nagyon kevés energiát szabad fogyasztania. Modha 2010 elején hozta meg azt a döntést, amely a jelenlegi pályájára állította a programot: a biológiailag inspirált chip fejlesztésének kell elsőbbséget élveznie. Tény, ennek következtében egy sor olyan kísérleti szoftver ment veszendőbe, amely addigra már elkészült, de a chip elsőbbsége mindenesetre koherens tervet eredményezett.

Az emberi aggyal némi szerkezeti hasonlóságot mutató úgynevezett neuromorf chip megtervezésében a neurológiai elv volt a meghatározó: ez az „agy” alacsony fogyasztású, és gyors számítástechnikai mechanizmusok jellemzik.

A működési elv azonban drasztikusan eltér a mai számítógépekétől. Az agy processzorai – a neuronok – a számítástechnikában honos kifejezéssel élve masszívan elosztottak, és több millió van belőlük. Ezek a neuronprocesszorok adataikat memóriaeszközökbe – szinapszisokba – burkolják, ennek révén az agyban folyó kommunikáció rendkívül hatékony és sokrétű egészen az elektromos impulzusokat közvetítő idegnyúlványokig.

Az a gép, amely ilyen elvek szerint épül majd fel, Modha szerint fontos elmozdulást eredményez a Neumann János-féle számítástechnika irányától, amelyben a processzor és a memória fizikailag el van választva egymástól, és csupán egy keskeny kommunikációs csatornát használva szekvenciálisan kapcsolódnak egymáshoz.

A neuromorf elektronikus rendszerek koncepciója több mint két évtizedes. Carver Mead neves számítógéptudós írt először ilyen eszközökről egy szakfolyóiratban még 1990-ben. A korábbi, biológiailag inspirált eszközök többnyire analóg elven működtek, az egyetlen cél az volt, hogy az érzékelők utánozzanak egy funkciót, például a képi adatok érzékelésekor a retina működését.

Az IBM vezette egyetemi kutatócsoport azonban jóval sokoldalúbb digitális technológia kidolgozására törekszik. „Úgy tűnik, hogy ki tudunk építeni olyan számítógépes architektúrát, amely meglehetősen általános célú, és egy sor alkalmazási környezetben lehet használni” – fejtette ki Rajit Manohar, a Cornell Egyetem professzora.

Melyek lehetnek ezek az alkalmazások 5 vagy 10 év múlva, ha a technológia sikeresnek bizonyul? Például olyan tevékenységek elvégzése, amelyek az emberek számára kézenfekvőek, a számítógépeknek azonban most még alaposan meg kell küzdeniük velük, így alakja felismerésével azonosítani valakit, aki egy zsúfolt utcán sétál. Az alkalmazásoknak robotok is részei lehetnek: többek között segíthetnek navigálni háborús környezetekben; alacsony fogyasztású mesterséges eszközök segíthetik a vakok tájékozódását; számítógépes egészségügyi rendszer figyelhet a betegekre az ápolóotthonokban, és szükség esetén riaszthatja az ápolószemélyzetet.

A prototípus chip 256 darab, neuronszerű csomópontjának környezetét több mint 262 ezer szinaptikus memóriamodul alkotja. Ez mindaddig lenyűgöző volna, amíg össze nem vetjük az agy megfelelő adataival: becslések szerint az emberi idegsejtek száma akár a 100 milliárdot is elérheti. A program előtt tehát még hosszú út áll. A Pentagon bizakodva tekint az eddigi eredményekre.