10 000krát rychlejší než mozek. Vědci z MIT vyvinuli analogovou neuronovou síť napodobující synapse

15. 8. 2022
Zdroj: MIT
  • Počítačoví odborníci na Massachusetts Insitute of Technology (MIT) vyvinuli analogovou neuronovou síť využívající speciální rezistory. Ty jí umožňují ve srovnání s běžným obvodem přenášet informace milionkrát rychleji

  • Systém napodobuje mozkové synapse, přičemž vodivost rezistorů se mění díky extrémně rychlému pohybu protonů uvnitř

  • Klíčem k technologii je materiál, z něhož jsou odpory vyrobeny. Musí totiž vydržet napětí 10 voltů


Lidský mozek patří k nejzáhadnějším předmětům na světě. I proto se vědci již léta zabývají otázkou, zda by mohl být replikován pomocí stroje. K sestavení kompletního orgánu z kovu a plastu se sice ještě ani zdaleka nepřiblížili, ale co se jednotlivých oblastí týče, čas od času slaví úspěch. Například nedávno se počítačovému expertovi z MIT Muratu Onenovi a jeho kolegům podařilo vytvořit součástku na bázi programovatelného rezistoru, která dokáže zpracovat informace asi 10tisíckrát rychleji než mozkové synapse.

Rezistory se používají v analogových neuronových sítích umělé inteligence (AI), jež má napodobovat lidskou mysl, jako náhrada neuronů – tedy ke spojení jednotlivých uzlů. Výhoda analogového hlubokého učení pak spočívá v úspoře času a energie, což činí výslednou AI dostupnější. Zisky z nového vynálezu proto mohou být dle jeho autorů významné.

Skoro jako skutečné štěně. Robotický pes se naučil chodit díky vlastnímu úsilí, pomohla mu umělá inteligence
Přečtěte si také:

Skoro jako skutečné štěně. Robotický pes se naučil chodit díky vlastnímu úsilí, pomohla mu umělá inteligence

Klíčem k rychlosti komunikace je správný materiál. Tým ve svém článku publikovaném v časopisu Science píše, že se jedná o speciálně vybranou mimořádně účinnou anorganickou sloučeninu, jejíž základ tvoří fosfosilikátové sklo – zkráceně se označuje PSG a skládá se z oxidu křemičitého s přídavkem fosforu. Slouží jako pevný elektrolyt, skrze jehož nanoskopické póry procházejí jednotlivé protony závratnou rychlostí, pokud se rezistor napájí pulzy napětí o síle 10 voltů.

Do karet výzkumníkům z MIT hraje skutečnost, že výroba PSG obvodu se příliš neliší od kompletace jeho tradičního křemíkového předchůdce, což znamená, že integrace nové technologie do stávajících výrobních závodů se obejde bez citelnějšího zvýšení nákladů.

Odborníci doufají, že jakmile se jim podaří vytvořit z popsaných součástek celý analogový procesor, vyvinou algoritmy zcela odlišné od konkurence. „Budeme trénovat nebývale složité sítě, jaké si nikdo jiný nemůže dovolit, a proto všechny výrazně překonáme. Jinými slovy, toto není rychlejší auto, ale kosmická loď,“ ilustruje význam svého objevu Onen.

Skoro jako teleport

V mozku informace kolují na základě posilování a oslabování jednotlivých synapsí. Jenže napětí zde odpovídá asi 1,23 voltu, protože jinak by se voda z tělních tekutin rozpadla na kyselé ionty. Stroj má napětí odpovídající, ale současně i 10tisíckrát rychlejší účinek řízení pohybu protonů za účelem ovlivnění elektrické vodivosti rezistoru. Zařízení pracuje dle vedoucího projektu za pokojové teploty, je spolehlivé a skutečně překvapivě rychlé.

„Kdybychom vystavili normální počítače tak extrémnímu poli, spálíme je. Ale místo aby se systém přehřál, protony se rozletěly napříč rezistorem milionkrát rychleji než jakákoli technologie, kterou jsme měli předtím,“ píše vědec v univerzitním webu. „Díky jejich lehkosti a malé velikosti je tento pohyb nepoškodí – funguje to skoro jako teleport,“ vysvětluje.

Za účelem vytvoření funkční neuronové sítě pak Onenův tým zapojil jednotlivé rezistory paralelně tak, aby připomínaly strukturu šachovnice. Tím se trénink AI dále zefektivnil a spotřeba energie klesla.

Roboti mohou vykazovat rasistické a sexistické chování. Umělá inteligence je nebezpečná, shodují se někteří vědci
Přečtěte si také:

Roboti mohou vykazovat rasistické a sexistické chování. Umělá inteligence je nebezpečná, shodují se někteří vědci

Hlavní potenciál PSG spočívá právě ve dvojnásobné úspoře zdrojů, a tak bude další krok výzkumu představovat úprava rezistoru pro výrobu ve větším měřítku. Rezistory mají být postupně přidávány do stávajících systémů, ovšem předcházet tomu musí zvyšování výkonu existujících strojů tak, aby dokázaly dodat odporu potřebné napětí a samy se u toho neponičily.

Podle Pavla Borisova z Loughborough University představuje nejtěžší oříšek při škálování sítě získání dostatečného množství protonů, které dosud vědci odebírají z plynného vodíku, bezpečným způsobem. Pokud se to podaří, slibují experti, že výsledky uvidíme v podobě algoritmů, které se například naučí přesně identifikovat předměty na fotografiích nebo porozumí příkazům řečeným běžnou lidskou mluvou.

Nová technologie může potenciálně vylepšit všechno, co se algoritmy učí pomocí analýzy extrémně obrovských datasetů. Sem spadají třeba i autonomní vozidla nebo diagnostika lékařských snímků. „Cesta vpřed bude ještě velmi náročná, ale zároveň se na ni těším,“ říká počítačový vědec z MIT a spoluautor studie Jesús del Alamo.

  • Našli jste v článku chybu?