Bertalan
10 °C
28 °C

Neurális számítógép készül

2009.04.04. 09:15
A biológia által inspirált számítástudomány napjaink egyik izgalmas szakterülete. Állatokról mintáznak gépi rendszereket, humanoid robotok bemutatók sztárjai. Az emberi agy különleges számítási adottságai szintén megmozgatják a fejlesztői fantáziát.
neur1

Agyunkat gyakran hasonlítják számítógépekhez, sőt, egyes elméletek szerint nemcsak hasonló, hanem számítógép is. Három igen fontos különbségről azonban megfeledkeznek: egyrészt kevés energiát használ el, másrészt akkor is működik, ha több alkotóeleme meghibásodik, harmadrészt nagyon úgy tűnik, hogy mindezt bármiféle szoftver nélkül teszi.

Agytérképezés

A mikéntet senki nem tudja pontosan. Kutatócsoportok dolgoznak a megfejtésen, munkáik során többen az emberi agyhoz hasonló szerkezeteket terveznek. Ez az augusztusban lezáruló (de a partnerek megegyezése alapján utódkezdeményezésekben folytatódó) európai uniós FACETS (Fast Analog Computing with Emergent Transient States, Gyors analóg számítás emergens tranziens állapotokkal) projekt célja, hogy az agyhoz hasonlóan, de sokkal kisebb léptékben működő neurális számítógépet fejlesszenek. Az idegsejteket, tevékenységüket, kapcsolódásaikat, hálózataikat, azok új dolgok kivitelezéséhez nélkülözhetetlen tanulómechanizmusait vizsgálva próbálnak eljutni a miniatűr masinához.

„Hasonló helyzetben vagyunk, mint a molekuláris biológia volt néhány éve, amikor elkezdték feltérképezni az emberi génállományt, és hozzáférhetővé tenni az adatokat" – véli Karlheinz Meier, a projekt koordinátora. – „Neuronokat, szinapszisokat és kapcsolódásokat leíró adatokat gyűjtünk össze idegszövetekből. Már-már ipari léptékben tesszük: hatalmas mennyiségű idegsejttel dolgozunk."

Agy a chipen

A FACETS egyik csoportja a már megismert komplex viselkedésformákra dolgoz ki leegyszerűsített matematikai modelleket. Maguk a neuronok ugyanis hiába modellezhetők aprólékosan, túl összetettek ahhoz, hogy szoftverben vagy hardverben hasznosíthatók legyenek. Ezért kell a modelleket felhasználva megépíteni az agyat emuláló – vagy inkább csak szimuláló? – neurális számítógépet, első lépésként háromszáz neuront és félmillió szinapszist egyetlen chipen. A csoport egyedi kombinációt választott: a neuronokat analóg, kommunikációjukat digitális elektronikát használva ábrázolták. Mivel neuronjaik elképesztően kicsik, a rendszer biológiai megfelelőjénél százezerszer, szoftveres szimulációnál tízmilliószor gyorsabban fut.

neur2

A feltérképezés, a modellezés, e korai hálózat és az idegtudomány eredményei alapján jelenleg újabb rendszeren – kettesszámú hálózaton – dolgoznak, kétszázezer neuronnal, ötvenmillió szinapszissal. Megépítéséhez létrehoztak egy húsz centiméteres szilíciumlemezt (ostyát – wafer). Olyasmit, amelyet chipek tömeges gyártásához szokás használni: a chipeket előbb kivágják a lemezből, majd becsomagolják. Ez a megközelítés nagyon kompakt szerkezetecskéket eredményez. Az ilyen miniatűr skálán történő integráció buktatója, hogy nagyobb áramköröknél könnyen előfordulhatnak gyártási hibák, hiányosságok.

Meier szerint semmi gond, hiszen a hézagok csak egy-egy szinapszist, vagy a hálózat egyetlen kapcsolódását befolyásolják. A rendszer egyrészt működik tovább, másrészt – neurális hálózatként használva az egész „ostyát" – hibatoleranciája jól kiaknázható.

Mire jó a neurális számítógép?

Miként működtethető egy neurális számítógép? – merül fel a kérdés. Meier kihangsúlyozza, hogy a digitális számítógépeket megalapozó elvek nem alkalmazhatók az emberi agyról modellezett eszközökre. Teljesen új számítási elmélet kell hozzájuk. Nem meglepő módon, a projekthez tartozó egyik kutatócsoport ilyen elmélet megalkotásán dolgozik.

„Mihelyst megértettük az alapelveket, remélhetőleg tovább tudjuk fejleszteni a hardvert" – magyarázza Meier. – „Azért van szükség mesterséges elméletalkotásra, mert nem törvényszerű, hogy a biológia a legjobb megoldást találja meg."

A tényleges neurális számítógép megjelenésére öt évet prognosztizál. Alkalmazásához vezető első lépésként a jelenlegi masinák lesznek valószínűleg valamilyen plusszal kibővítve, például komplex adatinputot kezelő és egyszerű döntéseket hozó, esetleg keresésnél bevethető rendszerelemekkel. Hosszabb távon rendkívül bonyolult, komoly körültekintést igénylő (üzleti) döntések meghozatalában kellene jeleskedniük.

A hibatolerancia és az alacsony energiaigény miatt a komponensek idővel akár molekuláris méretig is összezsugorodhatnak. Meier szerint a neurális számítás a maitól radikálisan eltérő gépeket eredményez. Teljesítményük pedig megközelítheti, sőt, esetleg túl is szárnyalhatja az emberi agyét. Utóbbi jóslat egyelőre azonban inkább sci-finek tűnik.