Nós dizemos quem e por que está envolvido neles.
/ photo Paweł Czerwiński UnsplashO que é um chip neuromórfico
Este é um processador cuja operação é baseada nos princípios da ação do cérebro humano. Tais dispositivos simulam o trabalho dos neurônios e seus processos - axônios e dendritos - responsáveis pela transmissão e percepção dos dados. As conexões entre os neurônios são formadas devido a sinapses - contatos especiais através dos quais os sinais elétricos são transmitidos.
Uma das tarefas dos dispositivos neuromórficos é acelerar o treinamento de redes neurais convolucionais para reconhecimento de imagens. Os sistemas de inteligência artificial baseados nessa tecnologia não precisam acessar um repositório maciço com dados de treinamento na rede - todas as informações estão constantemente contidas em neurônios artificiais. Essa abordagem torna possível implementar algoritmos de aprendizado de máquina localmente. Portanto, espera-se que os chips neuromórficos encontrem aplicação em dispositivos móveis, dispositivos IoT e em data centers.
Por que os engenheiros são inspirados pelo cérebro humano
Os engenheiros envolvidos no desenvolvimento de chips neuromórficos (falaremos mais sobre eles posteriormente), em primeiro lugar, observam as altas habilidades computacionais do cérebro humano.
De acordo com vários estudos, nosso cérebro tem o desempenho potencial de um exaflops. Supercomputadores tradicionais com esse poder de computação ainda estão sendo desenvolvidos - as primeiras máquinas são esperadas até 2021 .
Ao mesmo tempo, o cérebro possui uma eficiência energética extremamente alta, que é o segundo fator importante para os envolvidos no desenvolvimento de sistemas neuromórficos.
/ foto jesse orrico UnsplashObviamente, sistemas artificiais têm limitações significativas. As redes neurais diferem de suas contrapartes biológicas em sua incapacidade de "lembrar" as habilidades do passado ao aprender uma nova tarefa. Um algoritmo treinado para reconhecer cães não pode distinguir entre pessoas. Mas especialistas deste campo esperam que os chips neuromórficos abram novas oportunidades para o treinamento de redes neurais multitarefas e resolvam problemas semelhantes.
Os primeiros chips neuromórficos
As primeiras tentativas de criar neurônios artificiais foram
feitas nos anos 60 do século passado. Então, um dos futuros inventores do microprocessador
Ted Hoff (Ted Hoff), juntamente com o professor de Stanford, Bernard Widrow (Bernard Widrow),
criou uma rede neural de nível único baseada em
memistores - resistores eletroquímicos com função de memória. Acredita-se que esse desenvolvimento lançou as bases para a engenharia neuromórfica.
Nos anos 80, o engenheiro da
Carver Mead sugeriu o uso de transistores como componentes analógicos, em vez de comutadores digitais. Nos anos 90, uma equipe liderada por Mead introduziu uma sinapse artificial capaz de armazenar informações por um longo tempo e um processador neuromórfico baseado em
transistores de porta flutuante .
Ao mesmo tempo, o presidente dos EUA, George W. Bush, anunciou o início da "
Década do Cérebro " e pediu o patrocínio de programas destinados ao estudo desse órgão. Tudo isso deu um impulso ao desenvolvimento da
neuroinformática e
neurobiologia computacional e levou à criação de infraestrutura para um estudo mais aprofundado do tema.
Nos últimos dez anos, o conhecimento humano sobre o trabalho do cérebro alcançou novos patamares. Desde 2013, a Suíça desenvolve o
Projeto Cérebro Humano (HBP). No mesmo ano, a América lançou a
Iniciativa BRAIN . Essas iniciativas tiveram um grande impacto no campo dos sistemas de inteligência artificial e levaram ao surgimento de novas tecnologias neuromórficas.
O que está sendo desenvolvido hoje
Hoje, os neurochips estão sendo criados na IBM. Em 2008, os engenheiros da empresa, com o apoio da DARPA, participaram do programa SyNAPSE, que desenvolveu arquiteturas de computadores diferentes das de von Neumann. Por três anos, a IBM conseguiu desenvolver um núcleo com 256 neurônios artificiais (cada um deles tinha 256 sinapses). Três anos depois, a empresa lançou o processador
TrueNorth , composto por 4096 desses núcleos - mais de um milhão de neurônios. E já é usado em tarefas de
reconhecimento de gestos e
reconhecimento de fala . Os desenvolvedores da empresa dizem que os sistemas de computação baseados em TrueNorth serão capazes de simular com sucesso o cérebro do gato. No entanto, vários especialistas
consideram tais declarações um claro exagero.
Outra grande empresa de TI que desenvolve sistemas de computação neuromórficos é a Intel. No ano passado, eles introduziram o chip Loihi. Ele
contém 128 núcleos neuromórficos, cada um dos quais simula 1024 neurônios. Você pode programar o processador usando uma API escrita em Python. As primeiras cópias desses dispositivos já foram enviadas aos centros de dados de várias universidades líderes para realizar testes em tarefas reais.
Falando em universidades, engenheiros da Universidade de Manchester também estão trabalhando em chips neuromórficos. No ano passado, eles introduziram a arquitetura
SpiNNaker , que consiste em um
milhão de núcleos capazes de emular a operação de
cem milhões de neurônios . Esta instalação consome 100 kW. Você pode programar um computador usando
a linguagem PyNN . Até o momento, a máquina é usada para simular os processos que ocorrem no cérebro do mouse.
Apesar do progresso dos últimos anos, podemos dizer que o ferro neuromórfico está nos estágios iniciais de seu desenvolvimento. As tarefas que os sistemas de IA colocam em sua base são limitadas principalmente ao reconhecimento de objetos. No entanto, os representantes da indústria de TI estão convencidos de que, no futuro, o hardware neuromórfico permitirá simulações completas e abrirá novos recursos de computação.
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