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Un modo migliore per costruire chip ispirati al cervello
I memristori, dispositivi elettronici esotici di cui è stata confermata l'esistenza solo nel 2008, sono stati utilizzati per creare un chip che prende in prestito punti di design dal cervello. Il chip prototipo non ha imparato a fare nulla di più difficile che riconoscere schemi in bianco e nero estremamente semplici. Ma versioni più grandi e complesse potrebbero rendere i computer più capaci di comprendere il parlato, le immagini e il mondo che li circonda.
Questo circuito può imparare a riconoscere semplici schemi in bianco e nero, grazie a dispositivi chiamati memristori situati in ogni punto in cui i fili si incrociano.
Il circuito del chip, costruito dai ricercatori dell'Università della California, di Santa Barbara e della Stony Brook University, elabora i dati non con circuiti logici digitali ma con elementi che imitano, in forma semplificata, i neuroni e le sinapsi dei cervelli biologici. Quando una rete del genere viene esposta a nuovi dati, impara mentre le sinapsi che connettono i neuroni regolano l'influenza dei neuroni l'uno sull'altro.
Le versioni software delle reti neurali artificiali esistono da molto tempo e quelle di grandi dimensioni hanno recentemente prodotto innovazioni nel parlato e nel riconoscimento facciale di aziende come Google e Facebook (vedi 10 Breakthrough Technologies 2013: Deep Learning). Ma tali reti neurali simulate tassano i computer convenzionali. Un esperimento di Google in cui una grande rete neurale ha imparato a riconoscere i gatti dalle immagini di YouTube è stato eseguito su 16.000 processori in tre giorni. La realizzazione fisica di una rete neurale su un chip, invece, potrebbe rendere questo tipo di elaborazione delle informazioni molto più efficiente dal punto di vista energetico e pratico. Tali chip potrebbero consentire ai robot mobili, ad esempio, di diventare molto più intelligenti.
I chip ispirati al cervello o neuromorfici sono già stati realizzati e IBM sta cercando di commercializzarli (vedi Thinking in Silicon ). Generalmente usano gli stessi transistor al silicio e circuiti digitali che costituiscono i normali processori per computer. Ma quei componenti digitali non sono adatti per imitare le sinapsi, dice Dmitri Strukov , un assistente professore presso l'Università della California, Santa Barbara, che ha guidato il lavoro sul nuovo chip memristor. Sono necessari molti transistor e circuiti digitali per rappresentare una singola sinapsi. Al contrario, ciascuna delle circa 100 sinapsi sul chip UCSB è rappresentata utilizzando un solo memristor.
Una sinapsi [biologica] è un dispositivo di memoria analogico e non esiste davvero un buon modo per implementarlo in modo compatto ed efficiente dal punto di vista energetico con la tecnologia convenzionale, afferma Strukov. I memristori di per sé sono un dispositivo di memoria analogico; è una partita perfetta.
Il nuovo chip è descritto oggi in una carta nel diario Natura . In un relativo commento al lavoro, Roberto Legenstein , professore associato presso l'Università di tecnologia di Graz in Austria, ha scritto: Se questo progetto può essere ampliato fino a reti di grandi dimensioni, influenzerà il futuro dell'informatica... Laptop, telefoni cellulari e robot potrebbero includere chip neuromorfici a bassissima potenza che elaborare informazioni visive, uditive e di altro tipo.
Il memristor è stato previsto matematicamente nel 1971 da Leon Chua, professore di elettronica all'Università della California, Berkeley. È stato dichiarato trovato nel 2008, quando i ricercatori della Hewlett-Packard, incluso Strukov, hanno realizzato dispositivi semplici la cui resistenza elettrica codificava una sorta di memoria della corrente che avevano sperimentato prima, proprio la proprietà prevista da Chua (vedi HP Rewires Electronics). I dispositivi sono stati immediatamente visti come aventi il potenziale per essere utilizzati per l'archiviazione di dati più densi e per creare reti neurali hardware.
HP e il produttore di memorie SK Hynix hanno iniziato a provare a commercializzare l'archiviazione dati memristor nel 2010; HP scommette che la tecnologia consentirà di ridefinire radicalmente l'architettura di base dei computer (vedi Machine Dreams). Ma fino ad ora, nessuno aveva creato un chip di rete neurale costruito solo con memristori, dice Strukov. Il suo gruppo ha sviluppato modi per controllare il processo di creazione dei memristori in modo da produrre dispositivi più affidabili di quanto non fosse stato realizzato prima, dice.
Il semplice chip del gruppo UCSB è solo una prova del concetto, ma i ricercatori ritengono che le loro tecniche possano essere ampliate per creare dispositivi più grandi e più potenti. Strukov afferma che la tecnologia potrebbe ottenere una mano dagli sforzi che aziende come HP e SK Hynix stanno facendo per commercializzare i memristori per l'archiviazione dei dati.