Hardver, ami tényleg úgy gondolkodik, mint az agy
A fejlesztés kulcsa a diffúzív memrisztor, amelynek különlegessége, hogy a számítás során nem elektronokat, hanem atomokat mozgat. Ez sokkal jobban hasonlít a biológiai neuronokhoz, hiszen az agyban is ionszintű áramlás hozza létre az idegimpulzusokat. A kutatócsoport Joshua Yang professzor vezetésével elérte, hogy mindössze egyetlen tranzisztorra van szükség egy mesterséges neuronnak – míg a korábbi megoldások gyakran tízszer-hússzor ekkora helyigényűek voltak.
Az új technológia lényege, hogy az agyban a jelátvitel elektromos és kémiai impulzusok váltakozásával történik: egy neuronban az elektromos jel a szinapszisban kémiaivá alakul, majd a következő neuronnál ismét elektromos impulzussá válik. Az USC kutatói ezt a bonyolult láncolatot meglepő pontossággal voltak képesek újraalkotni a laborban. A biológiai neuronokban a kálium-, nátrium- és kalciumionok felelősek az ingerület továbbításáért, az új rendszernél pedig ezüstionokat vetnek be, hogy az agyi dinamikát utánozzák.
Ezüstionokkal az agy logikája felé
Bár nem pontosan ugyanazok az ionok működnek a mesterséges rendszerben, a fizikai jelenségek és dinamikák meglepően jól egyeznek a természetes neuronok működésével. Yang professzor kiemeli: az ezüstion választása azért szerencsés, mert könnyen mozgatható, így egyszerű struktúrával is komplex idegi funkciók valósíthatók meg. A diffúzív memrisztor elnevezés is az ionmozgáson és a diffúzión alapuló elvre utal.
Azért törekednek az iondinamikán alapuló rendszerek felé, mert az agy is bizonyítottan így működik – a fejlődéstörténet nagy győztese, a leghatékonyabb tanulógép, amely eddig létezik.
Miért fontos a hatékonyság?
Noha ma hatalmas számítási kapacitású chipek léteznek, Yang szerint az igazi problémát a hatékonyság hiánya jelenti. A gépek több energiát emésztenek fel a kelleténél – különösen a modern MI-rendszerek, amelyek hatalmas adathalmazokat dolgoznak fel. Az emberi agy ezzel szemben rendkívül takarékos: egy kisgyerek néhány példából megtanulja felismerni a számokat, amit egy számítógépnek ezrekből kell összeraknia. Az agy ehhez átlagosan mindössze kb. 20 wattot használ fel, míg a mai szuperszámítógépek óriási, akár megawattos fogyasztással dolgoznak.
A jelenlegi chipek gyorsak, mert elektronokon alapulnak, de az agy valódi tanulása, adaptív működése ionok mozgásán alapul. A szoftveralapú MI ezért soha nem lesz teljesen agyszerű – az agyszerű hardver hozhat igazi áttörést.
Hogyan tovább?
Nem hagyható figyelmen kívül, hogy az ezüst – amelyet a mostani eszközökben használnak – egyelőre nem egyeztethető össze a hagyományos félvezetőgyártással. A csapat ennek megoldásán már dolgozik, és más, kompatibilis ionos anyagokat keres.
A diffúzív memrisztorok egyszerre kicsik és energiahatékonyak: egyetlen mesterséges neuron mindössze egy tranzisztor méretű, ami azt jelenti, hogy akár egy okostelefon méretű eszközben is nagyságrendekkel több, agyszerű áramkör férhet el, jóval kevesebb energiával működve, mint a mai MI-rendszerek.
Most azon dolgoznak, hogy a sikeres laboreredmények után nagyobb, összetettebb rendszerekben is kipróbálják az új neuronokat és szinapszisokat, felmérve, mennyire lehet megközelíteni az emberi agy hatékonyságát és képességeit. Így a jövőben nemcsak az MI-t, hanem magát az agykutatást is forradalmasíthatják.
