Önmagukat megtervező gépek és hardverevolúció

Layzell már a Sussex Egyetem interdiszciplináris Számítógépes Neurotudományok és Robotika Központ PhD-hallgatójaként a mesterséges élethez, adaptív viselkedésformákhoz közeli területet kutatta. A diszciplínát több (elméletileg és technikatörténelmileg minimálisan eltérő jelentésű, gyakorlatilag azonban ugyanarra vonatkozó) névvel jelölik: Evolválódó Hardver (EHW), Evolúciós Elektronika (EE), E-Hard, Evolválódó Rendszerek (ES), valamint a Layzell által preferált Hardver Evolúció (HE).

Külső és belső evolúció

Paul Layzell

Az evolúciós algoritmust az adott rekonfigurálható eszköz kontrollálására használják. A különböző, egymással "versengő" konfigurálási lehetőségeket - teljesítményüket - a fitneszfüggvény (vagy jósági függvény, fitness function) alapján mérik, pontozzák. A legmagasabb átlagpontszámot elérőt választják ki, azt mozgatják az evolúciós algoritmus genetikus operátorai. A mérési-szelekciós folyamat mindaddig folytatódik, amíg az áramkör végrehajtja az óhajtott feladatot, vagy esetleg sikertelenül abbahagyja. Az evolúciós folyamat egy host gépen fut, az összes "individuumot" (konfigurációs adatot, design-leírást) egy chipre töltik le. Layzell tényleges eszközt, rendszert tesztelt, ám ugyanez áramkör-szimulátorral (a hardver szoftveres szimulációjával) szintén kivitelezhető. Előbbinél belső (intrinsic), utóbbinál külső (extrinsic) hardver-evolúcióról beszélünk. A "teljes hardver-evolúció" (CHE) során a genetikus algoritmust és az evolválandó designt ugyanabba a chipbe implementálják. (A kutató további, filozofikusabb jellegű variánsokat is megkülönböztet.)

Három éve, a szintén a Sussex Egyetemen dolgozó Jon Birddel genetikus algoritmusokat alkalmazva, néhány tranzisztorból próbáltak oszcillátor-áramkört létrehozni. Meglepő jelenségre lettek figyelmesek. Több áramkör esetében minden az elvárások szerint alakult, egy azonban az óhajtott frekvenciát nem belső visszacsatolási hurkok felépítésével, hanem úgy érte el, úgy "drótozta be magát", hogy a közeli számítógépből sugárzott jelek egyenesen keresztülmentek rajta, és eljutottak a hozzákapcsolt oszcilloszkóphoz. Az áramkör rádióként funkcionált.

Evolúciós módszerek hagyományos design helyett

Olyan önmagukat tervező hardverek létrehozása a cél, melyek akkor is végrehajtják feladataikat, ha az embernek fogalma sincs, mitévő legyen, mihez kezdjen. A sikerhez evolúciós technikákkal kell helyettesíteni a hagyományos design-módszereket. A valós (fizikális) áramkörök ilyen úton történő konfigurálásához a szilícium médiumban rejlő legtöbb, sőt, amennyiben lehetséges, az összes tulajdonság kiaknázásával juthatunk el - vallja Layzell. Főként azt tanulmányozza, hogy milyen típusú áramkör-evolúciók mennek végbe, mennyire viselik el, tolerálják a hibákat, a környezet változásait, és egyéb sorsukat alakító külső tényezőket.

Miként határozzuk meg a gyors, megbízható evolúciót garantáló legalkalmasabb tényezőket, alkotóelemeket? Egyéb fontos kérdéseket is feltesz: melyek az ideális "építőelemek" egy-egy általános feladat kivitelezéséhez, logikai kapu és tranzisztorféle alapkomponensek, vagy magasabb szintű funkcionális eszközök? Milyen típusú egymást összekapcsoló architektúrák passzolnak leginkább az evolúciós módszerekhez? Milyen relatív hatást fejt ki a konfigurálandó hardver, illetve az alkalmazott evolúciós algoritmus? Kielemezhetünk-e úgy komplex evolvált áramköröket, hogy biztosak legyünk kritikus alkalmazásuk során történő hibátlan működésükben?

Layzell kérdései szellemében megtervezett és kidolgozott egy konfigurálható próbaváltozatot. Az evolúció többféle áramkörelemmel és egymáshoz szorosan kapcsolódó architektúrákkal is kivitelezhető.