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I nuovi chip di IBM calcolano più come facciamo noi
Un microchip con la stessa potenza cerebrale di un verme da giardino potrebbe non sembrare molto impressionante, rispetto ai chip incredibilmente veloci dei moderni personal computer. Ma un nuovo microchip realizzato dai ricercatori di IBM rappresenta una pietra miliare. A differenza di un normale chip, imita il funzionamento di un cervello biologico, un'impresa che potrebbe aprire nuove possibilità di calcolo.
Giochi mentali: Un nuovo chip IBM legge la calligrafia di un ricercatore.
All'interno del cervello, le informazioni vengono elaborate in parallelo e il calcolo e la memoria sono intrecciati. Ogni neurone è connesso a molti altri e la forza di queste connessioni cambia costantemente man mano che il cervello apprende. Si ritiene che queste dinamiche siano cruciali per l'apprendimento e la memoria, e sono ciò che i ricercatori hanno cercato di imitare nel silicio. I chip convenzionali, al contrario, elaborano un bit dopo l'altro e scambiano le informazioni tra un processore discreto e i componenti di memoria. Più grande è il problema, maggiore è il numero di bit che devono essere mischiati.
I ricercatori IBM hanno costruito e testato due chip dimostrativi che memorizzano ed elaborano le informazioni in un modo che imita un sistema nervoso naturale. La società afferma che questi primi chip potrebbero essere gli elementi costitutivi di qualcosa di molto più ambizioso: un computer delle dimensioni di una scatola da scarpe che ha circa la metà della complessità di un cervello umano e consuma solo un kilowatt di energia. Questo è stato sviluppato con 21 milioni di dollari in finanziamenti dalla Defense Advanced Research Projects Agency, in collaborazione con diverse università.
I ricercatori dell'azienda e i loro collaboratori accademici presenteranno due documenti il prossimo mese al Circuiti integrati personalizzati conferenza a San Jose, California, che mostra che i progetti di chip hanno requisiti di alimentazione molto bassi e funzionano con software che imitano i circuiti neurali. In un esperimento, un nucleo neurale, come vengono chiamati i nuovi chip, impara a giocare a Pong; in un altro, impara a guidare un'auto su una semplice pista da corsa; e in un altro impara a riconoscere le immagini.
I computer convenzionali sono diventati molto potenti, ma richiedono enormi quantità di capacità e potenza per imitare compiti che gli umani danno per scontati. Il sistema informatico Watson di IBM, ad esempio, ha battuto notoriamente due dei migliori umani Pericolo! giocatori in una partita questo febbraio. Ma per farlo erano necessari 16 terabyte di memoria e un cluster di server tremendamente potenti.
Il cervello ha risolto brillantemente questi problemi, con soli 10 watt di potenza, afferma Kwabena Boahen , un professore di bioingegneria alla Stanford University che non è attualmente coinvolto nel progetto IBM. Una macchina con l'intelligenza di cui disponiamo potrebbe leggere e creare connessioni, inserire informazioni e darle un senso, piuttosto che creare semplicemente corrispondenze.
Tuttavia, il modo in cui un computer cognitivo dovrebbe essere progettato e come dovrebbe funzionare è controverso. Dopotutto, i biologi ancora non capiscono come funziona il cervello.
IBM ha rilasciato solo dettagli limitati sul funzionamento e le prestazioni dei suoi nuovi chip. Ma capo progetto Dharmendra Modha dice che i chip vanno oltre il lavoro precedente in quest'area imitando due aspetti del cervello: la vicinanza delle parti responsabili della memoria e del calcolo (imitate dall'hardware) e il fatto che le connessioni tra queste parti possono essere fatte e disattivate e diventare più forti o più debole nel tempo (realizzato dal software).
I nuovi chip contengono transistor digitali a 45 nanometri costruiti direttamente su un array di memoria. È come avere un archivio dati accanto a ciascuna porta logica all'interno del processore, afferma l'informatico della Cornell University Rajit Manohar , che sta collaborando con IBM sui progetti hardware. Ciò significa che i chip consumano 45 picojoule per evento, imitando la trasmissione di un impulso in una rete neurale. Si tratta di circa 1.000 volte in meno di energia consumata da un computer convenzionale, afferma Gert Cauwenberghs , direttore dell'Institute for Neural Computation presso l'Università della California, San Diego.
Finora il team IBM ha dimostrato solo software di base su questi chip, ma ha gettato le basi per eseguire software più complessi su computer più semplici di quanto fosse possibile in passato. Nel 2009, il gruppo di Modha ha eseguito simulazioni di una rete neurale complessa come il cervello di un gatto su un supercomputer. Si sono fatti le ossa con simulazioni massicce, dice Michele Arbib , direttore dell'USC Brain Project. Ora hanno escogitato chip che potrebbero rendere più facile [l'esecuzione di software di calcolo cognitivo], ma non l'hanno ancora dimostrato, dice.
Il gruppo di Modha ha iniziato modellando un sistema di complessità simile a un topo, poi ha lavorato fino a un topo, un gatto e infine una scimmia. Ogni volta dovevano passare a un supercomputer più potente. E non sono stati in grado di eseguire le simulazioni in tempo reale, a causa della separazione tra memoria e processore che i nuovi progetti di chip dovrebbero superare. Il nuovo hardware dovrebbe eseguire questo software più velocemente, utilizzando meno energia e in uno spazio più piccolo. Il nostro obiettivo finale è un sistema di calcolo cognitivo a misura d'uomo, afferma Modha.