Výzkumníci napodobují lidský mozek, aby vytvořili nízkoenergetickou neuronovou síť

Neuronové sítě - nebo umělé repliky lidského mozku - nechají vědce a inženýry provést analýzu, která by lidem stála. Mohou nalít přes nekonečné tabulky dat a poukázat na nesrovnalosti v obrazech, které by lidé nepozorovali.

Mají však jednu nevýhodu: Nejlepší neuronové sítě ve hře využívají neuvěřitelného množství energie k tomu, aby mohli vykonávat svou práci.

„Před několika lety se IBM pokusilo simulovat mozkovou aktivitu kočky v superpočítači a skončilo konzumací megawattů síly,“ říká výzkumník Purdue University Abhronil Sengupta Inverzní. „Biologický lidský mozek nikde nespotřebovává téměř nic. Nejedná se o přímé srovnání s neuronovou sítí, ale mělo by vám poskytnout odhad, jak jsou výkonné počítačové systémy. “

Sengupta a tým počítačových vědců z Purdue University a Institutu elektrotechnických a elektronických inženýrů (IEEE) přišli se způsobem, jak přimět neuronové sítě, aby spotřebovávaly méně energie a přitom stále dělali práci. Papír, který zveřejnili na předtiskovém místě arXiv, vysvětluje, jak vzali inspiraci z lidského mozku a realizovali svou myšlenku, aby své neuronové síti spotřebovali zhruba 11krát méně energie než tradiční systémy.

Jejich přístup využívá špionážní neuronové sítě nebo SNN. Na rozdíl od jejich protějšků, tyto výpočetní systémy emulovat biologické neurony mnohem přesněji.

Standardní neuronové sítě jsou tvořeny tisíci uzlů používaných k rozhodování a úsudkům o údajích, které jsou jim předkládány. Výstup z nich závisí pouze na tom, co je právě prezentováno, zatímco výstup SNN závisí také na předchozích podnětech. Uzly v SNN budou fungovat pouze při dosažení určité úrovně stimulu. Takže místo toho neustále předávání dat do jiných uzlů, SNN uzly předávají pouze informace, když muset.

Obvykle se jedná o obrovské náklady na energii, protože většina těchto systémů se vyrábí za použití tzv. Komplementární technologie kov-oxid-polovodiče nebo CMOS. Ta technika tvoří všechny čipy ve vašem notebooku a byla použita jako stavební bloky pro neuronové sítě. Pro jejich studium skupina výzkumníků vykopala CMOS tech a stavěla SNN kompletně vyrobený z memristors.

Krátký pro “paměťové rezistory”, elektrický odpor memristorů závisí na tom, kolik elektrického náboje protékal v minulosti. Na rozdíl od technologie CMOS je tedy schopna si „zapamatovat“ to, co prošlo předtím, což je přesně to, co uzly v SNN potřebují udělat.

Výsledky studie ukázaly, že memristory napodobují biologický neuron docela dobře. Komunikují mezi sebou pomocí hrotů, nebo krátkých proudů energie, na rozdíl od konstantního toku energie. Tento memristor-SNN měl mírný pokles přesnosti, když byl použit pro klasifikaci obrazu ve srovnání s jeho protějšky CMOS, ale to trvalo zlomek výkonových standardních neuronových sítí.

Před touto studií byla SNN nejblíže k umělému lidskému mozku, který jsme měli, ale obrovské množství energie, kterou použili, zrušilo některé z jejich výhod. Pokud jsou jiní vědci schopni replikovat tyto neuronové sítě šetřící energii, mohlo by jim to umožnit udělat více s méně energie a posunout je blíže, aby pochopili, jak replikovat biologický mozek.