Một siêu máy tính dự kiến ​​đi vào hoạt động vào tháng 2024 năm XNUMX sẽ sánh ngang với tốc độ hoạt động ước tính trong não người, theo các nhà nghiên cứu ở Úc. Chiếc máy có tên DeepSouth, có khả năng thực hiện 228 nghìn tỷ thao tác mỗi giây.

Đây là siêu máy tính đầu tiên trên thế giới có khả năng mô phỏng mạng lưới tế bào thần kinh và khớp thần kinh (cấu trúc sinh học quan trọng tạo nên hệ thần kinh của chúng ta) ở quy mô não người.

DeepSouth thuộc về một cách tiếp cận được gọi là điện toán mô phỏng thần kinh, nhằm mục đích bắt chước các quá trình sinh học của bộ não con người. Nó sẽ được điều hành bởi Trung tâm Quốc tế về Hệ thống Thần kinh tại Đại học Western Sydney.

Bộ não của chúng ta là cỗ máy tính toán tuyệt vời nhất mà chúng ta biết. Bằng cách phân phối nó
sức mạnh tính toán tới hàng tỷ đơn vị nhỏ (tế bào thần kinh) tương tác thông qua hàng nghìn tỷ kết nối (khớp thần kinh), bộ não có thể sánh ngang với những siêu máy tính mạnh nhất trên thế giới, trong khi chỉ cần năng lượng tương đương với một bóng đèn tủ lạnh.

Trong khi đó, siêu máy tính thường chiếm nhiều không gian và cần một lượng lớn năng lượng điện để hoạt động. Của thế giới siêu máy tính mạnh nhất, Các Biên giới doanh nghiệp Hewlett Packard, có thể thực hiện hơn một triệu tỷ phép tính mỗi giây. Nó có diện tích 680 mét vuông (7,300 feet vuông) và cần 22.7 megawatt để chạy.

Bộ não của chúng ta có thể thực hiện cùng số lượng hoạt động mỗi giây chỉ với công suất 20 watt, trong khi chỉ nặng 1.3 đến 1.4 kg. Trong số những thứ khác, điện toán mô phỏng thần kinh nhằm mục đích mở khóa những bí mật về hiệu quả đáng kinh ngạc này.

Transitor ở giới hạn

Vào ngày 30 tháng 1945 năm XNUMX, nhà toán học và vật lý John von Neumann mô tả thiết kế của một chiếc máy mới, Máy tính tự động biến đổi rời rạc điện tử (Edvac). Điều này đã định nghĩa một cách hiệu quả máy tính điện tử hiện đại như chúng ta biết.

Điện thoại thông minh của tôi, chiếc máy tính xách tay tôi đang sử dụng để viết bài này và siêu máy tính mạnh nhất thế giới đều có chung cấu trúc cơ bản được von Neumann giới thiệu gần 80 năm trước. Tất cả đều có đơn vị xử lý và bộ nhớ riêng biệt, trong đó dữ liệu và hướng dẫn được lưu trữ trong bộ nhớ và được tính toán bởi bộ xử lý.

Trong nhiều thập kỷ, số lượng bóng bán dẫn trên một vi mạch tăng gấp đôi cứ sau khoảng hai năm, một quan sát được gọi là Định luật Moore. Điều này cho phép chúng tôi có những chiếc máy tính nhỏ hơn và rẻ hơn.

Tuy nhiên, kích thước bóng bán dẫn hiện nay đang tiến gần đến quy mô nguyên tử. Ở những kích thước nhỏ bé này, việc sinh nhiệt quá mức là một vấn đề, cũng như hiện tượng gọi là đường hầm lượng tử, gây cản trở hoạt động của bóng bán dẫn. Điều này đang chậm lại và cuối cùng sẽ dừng quá trình thu nhỏ bóng bán dẫn.

Để khắc phục vấn đề này, các nhà khoa học đang khám phá những phương pháp mới để
máy tính, bắt đầu từ chiếc máy tính mạnh mẽ mà tất cả chúng ta đều ẩn giấu trong đầu mình, bộ não con người. Bộ não của chúng ta không hoạt động theo mô hình máy tính của John von Neumann. Họ không có khu vực tính toán và bộ nhớ riêng biệt.

Thay vào đó, chúng hoạt động bằng cách kết nối hàng tỷ tế bào thần kinh truyền đạt thông tin dưới dạng xung điện. Thông tin có thể được truyền từ một nơ-ron tiếp theo thông qua một điểm nối gọi là khớp thần kinh. Việc tổ chức các tế bào thần kinh và khớp thần kinh trong não rất linh hoạt, có thể mở rộng và hiệu quả.

Vì vậy, trong não—và không giống như trong máy tính—bộ nhớ và khả năng tính toán được điều khiển bởi cùng các nơ-ron và khớp thần kinh. Từ cuối những năm 1980, các nhà khoa học đã nghiên cứu mô hình này với ý định áp dụng vào máy tính.

Giả của cuộc sống

Máy tính mô hình thần kinh dựa trên mạng lưới phức tạp gồm các bộ xử lý cơ bản, đơn giản (hoạt động giống như tế bào thần kinh và khớp thần kinh của não). Ưu điểm chính của việc này là những máy này vốn dĩ là “song song”.

Điều này có nghĩa rằng, như với tế bào thần kinh và khớp thần kinh, hầu như tất cả các bộ xử lý trong máy tính đều có khả năng hoạt động đồng thời, giao tiếp song song.

Ngoài ra, do việc tính toán được thực hiện bởi các nơ-ron và khớp thần kinh riêng lẻ rất đơn giản so với các máy tính truyền thống nên mức tiêu thụ năng lượng sẽ nhỏ hơn nhiều. Mặc dù tế bào thần kinh đôi khi được coi là đơn vị xử lý và khớp thần kinh là đơn vị bộ nhớ, nhưng chúng góp phần vào cả quá trình xử lý và lưu trữ. Nói cách khác, dữ liệu đã được đặt ở nơi tính toán yêu cầu.

Điều này tăng tốc độ tính toán của não nói chung vì không có sự tách biệt giữa bộ nhớ và bộ xử lý, điều mà ở các máy cổ điển (von Neumann) gây ra sự chậm lại. Nhưng nó cũng tránh được việc phải thực hiện một nhiệm vụ cụ thể là truy cập dữ liệu từ thành phần bộ nhớ chính, như xảy ra trong các hệ thống máy tính thông thường và tiêu tốn một lượng năng lượng đáng kể.

Những nguyên tắc chúng tôi vừa mô tả là nguồn cảm hứng chính cho DeepSouth. Đây không phải là hệ thống thần kinh duy nhất hiện đang hoạt động. Điều đáng nói đến là Dự án Não người (HBP), được tài trợ theo một Sáng kiến ​​của EU. HBP hoạt động từ năm 2013 đến năm 2023 và dẫn đến BrainScaleS, một cỗ máy đặt tại Heidelberg, Đức, mô phỏng cách thức hoạt động của tế bào thần kinh và khớp thần kinh.

Cân NãoS có thể mô phỏng cách các tế bào thần kinh “tăng đột biến”, cách mà một xung điện truyền dọc theo tế bào thần kinh trong não của chúng ta. Điều này sẽ làm cho BrainScaleS trở thành một ứng cử viên lý tưởng để nghiên cứu cơ chế của các quá trình nhận thức và trong tương lai, các cơ chế gây ra các bệnh thần kinh và thoái hóa thần kinh nghiêm trọng.

Bởi vì chúng được thiết kế để mô phỏng bộ não thực tế, máy tính mô phỏng thần kinh có thể là khởi đầu cho một bước ngoặt. Cung cấp sức mạnh tính toán bền vững và giá cả phải chăng, đồng thời cho phép các nhà nghiên cứu đánh giá các mô hình của hệ thống thần kinh, chúng là nền tảng lý tưởng cho nhiều ứng dụng. Chúng có tiềm năng nâng cao hiểu biết của chúng ta về bộ não và cung cấp cách tiếp cận mới về trí tuệ nhân tạo.

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: Marian Anbu Juwan / Pixabay

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://singularityhub.com/2023/12/20/a-new-brain-like-supercomputer-aims-to-match-the-scale-of-the-human-brain/