Comment les puces analogiques et neuromorphiques vont se montrer à l'ère de la robotique
Dans le domaine des nouvelles technologies et des nouveaux produits, nous sommes habitués au fait que la «figure» est synonyme de tout ce qui est avancé, moderne et de haute technologie, et «l'analogique» est pour tout rétrograde, obsolète et low-tech.Mais si vous pensez que l'analogue est mort, vous vous trompez. Le traitement analogique n'est pas seulement un élément clé des nombreux systèmes vitaux sur lesquels nous comptons, mais ouvre également la voie à une nouvelle génération de systèmes informatiques et intelligents qui sous-tendent les technologies très intéressantes de l'avenir: l'intelligence artificielle et la robotique.Avant de discuter de la résurgence de l'analogique - et pourquoi les ingénieurs et les innovateurs travaillant sur l'IA et les robots devraient y prêter attention - nous devons comprendre l'importance et l'héritage de l'ancien âge analogique.L'amour pour l'analogue
Pendant la Seconde Guerre mondiale, les circuits analogiques ont joué un rôle clé dans le fonctionnement des premiers systèmes automatiques de défense aérienne , et dans les décennies suivantes, des ordinateurs analogiques ont été nécessaires pour calculer les trajectoires de vol des fusées et des vaisseaux spatiaux.L'analogue a prévalu dans les systèmes de contrôle et de communication des aéronefs, des navires et des centrales électriques. Certains de ces systèmes fonctionnent encore aujourd'hui. Il n'y a pas si longtemps, les circuits analogiques contrôlaient de grandes parties de l'infrastructure des télécommunications (rappelez-vous les téléphones avec numéroteurs à disque?), Et même les copieurs au bureau, lorsque les premières unités de photocopie reproduisaient les images sans un seul bit numérique.L'amour de l'analogique existe depuis si longtemps, car cette technologie a constamment prouvé sa précision, sa simplicité et sa rapidité. Elle a corrigé le cours des missiles, dirigé des navires, enregistré et joué de la musique et des vidéos, nous a unis pendant de nombreuses décennies. Et puis dans les années 1960, une figure est apparue et a rapidement conquis le monde.
Les carburateurs à rétroaction ont fait un mélange combustible plus efficace basé sur l'échappement. Mais en raison de leur complexité et de leur insécurité, ils ont été rapidement remplacés par des systèmes numériques d'injection de carburant.Chiffres du Royaume
Pourquoi le numéro a-t-il remplacé l'analogue? La plus grande faiblesse de l'analogique est le manque de flexibilité. Lorsque vous essayez de lui donner de la flexibilité, la complexité du système augmente de façon exponentielle. La complexité entraîne une diminution de la fiabilité et les ingénieurs ont commencé à remarquer que la loi de Moore rend les calculs fiables et peu coûteux.À l'heure actuelle, les technologies MEMS et de microformage diffusent des capteurs qui reçoivent des signaux physiques et les convertissent en numérique. Assez rapidement, les amplificateurs opérationnels ont cédé la place à des portes logiques qui étaient de moins en moins chères de façon exponentielle. Au lieu de connexions mécaniques, les informations ont été transmises par fil , et les concepteurs ont limité la numérisation de tout.Dans le monde moderne de l'électronique grand public, un analogue n'est utilisé que pour interagir avec les gens, capturer et produire des sons, des images et d'autres sens. Dans les grands systèmes, un analogue est utilisé pour faire tourner physiquement les roues et les volants des machines qui nous font bouger dans notre monde analogique. Mais dans la plupart des autres systèmes, les ingénieurs essaient de tirer le meilleur parti des signaux numériques. Les avantages de la logique numérique - faible coût, vitesse, fiabilité, flexibilité - ont donné aux ingénieurs une allergie au traitement analogique.Cependant, maintenant, après une longue pause, la prédiction de Carver Mead sur le retour de l'analogue commence à se réaliser.«Les systèmes analogiques adaptatifs à grande échelle sont plus résistants à la dégradation des composants et aux erreurs que les systèmes conventionnels et utilisent moins d'énergie.»Mead , professeur à Caltech et pionnier de la microélectronique, a écrit dans un article pour les Actes de l'IEEE en 1990. "Par conséquent, la technologie analogique adaptative est susceptible de réaliser tout le potentiel de la fabrication de puces en silicium."
Tout le monde aime un analogue
Les développeurs d'électronique perçoivent l'analogique comme un mal nécessaire pour interagir avec le monde extérieur. Mais il s'avère que l'IA et les algorithmes d' apprentissage en profondeur fonctionnent mieux sur les plates-formes informatiques analogiques et neuromorphiques.Dans ma société, Lux Capital, nous avons parrainé Nervana , qui a construit des circuits intégrés spécialisés sur lesquels les réseaux de neurones convolutionnels ont travaillé pour accélérer la formation d'algorithmes d'apprentissage en profondeur. Et bien que les opérations mathématiques aient été effectuées numériquement, l'architecture du système a imité le cerveau humain à un niveau élevé.Inspiré par la nature
Demandez à n'importe qui (même un enfant) de dessiner le robot, et vous obtiendrez probablement une image rappelant Rosie, la servante du robot de The Jetsons, ou C-3PO de Star Wars. Et ce n'est pas surprenant - ce type de robots est décrit depuis des décennies dans les livres de science-fiction, la télévision et les films. Récemment, l'idée des robots et de leur apparence évolue. Demandez au millénaire de donner un exemple de robot, et il pourrait s'appeler Roomba, Amazon's Echo ou même Siri.
Il y a une tendance constante vers l'intellectualisation et la robotisation d'un nombre croissant de gadgets et d'autres systèmes qui sont présents dans nos vies. Ces systèmes nécessiteront de petits ordinateurs portables et de faible puissance; ils devront pouvoir répondre à tout moment. Il s'agit d'un ensemble complexe de tâches pour les systèmes modernes qui consomment généralement une quantité décente d'énergie (sauf s'ils sont en mode veille) et doivent être connectés aux services cloud pour exécuter des fonctions utiles. Ici, l'analogue peut également aider.S'inspirant de la nature, les scientifiques expérimentent la vision et l'ouïe à l'aide de circuits analogiques qui consomment une petite fraction d'énergie. Projet Stanford Brains in Silicon et IC Lab de l'Université du Michigan, gagnant du soutienDARPA SyNAPSE et le laboratoire de recherche de la marine américaine créent des outils pour faciliter la création de systèmes neuromorphiques analogiques. Des startups peu connues apparaissent. Au lieu de faire fonctionner des réseaux profonds sur des circuits numériques conventionnels, ils développent des systèmes analogiques qui peuvent effectuer des calculs similaires avec des coûts énergétiques beaucoup plus bas, inspirés de nos cerveaux analogiques.Le bruit n'est pas un problème
Pourquoi devrions-nous passer à l'analogique? C'est simple: nous sommes dans un cycle de progrès unique, où les réseaux de neurones que nous essayons de développer conviennent mieux aux systèmes analogiques, alors qu'une demande explosive pour de tels systèmes d'IA est attendue.Les algorithmes durs traditionnels ne fonctionnent que lorsque les calculs sont précis. Si les circuits sur lesquels les algorithmes traditionnels fonctionnent ne sont pas précis, les erreurs deviendront incontrôlables et se propageront à travers le système. Dans les réseaux de neurones, l'état interne n'a pas besoin d'être précis et clair, et le système s'adapte pour produire le résultat souhaité en fonction de paramètres d'entrée donnés. Nos cerveaux sont des systèmes très bruyants qui fonctionnent très bien. Les ingénieurs apprennent qu'eux aussi peuvent construire des réseaux profonds sur des puces en silicium en utilisant des approches similaires "bruyantes" - réalisant des économies d'énergie des centaines de fois.Les implications de ceci sont répandues. Imaginez qu'à l'avenir, les appareils portables ou les assistants tels qu'Amazon Echo n'utilisent presque jamais d'énergie, et peuvent même l'extraire de l'environnement, et n'ont pas besoin de fils d'alimentation ou de batteries. Ou imaginez un gadget qui n'a pas besoin d'être connecté au cloud pour être intelligent. Son «intelligence» suffit pour fonctionner même sans Wi-Fi ni communications cellulaires. Et ce n'est que le début de ce qui, je pense, deviendra une nouvelle catégorie d'IA et de robots, qui apparaîtra dans un avenir proche - et tout cela grâce à la bonne vieille contrepartie.Source: https://habr.com/ru/post/fr398443/
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