Ερευνητές στο Washington State University κατασκεύασαν μια συσκευή απόδειξης της ιδέας που περιλαμβάνει ένα από τα κρίσιμα κυκλώματα για νευρομορφικούς υπολογιστές – το memristor – κατασκευασμένο από ένα απίθανο υλικό: το μέλι. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι η έρευνά τους ανοίγει το δρόμο για βιοδιασπώμενα, βιώσιμα, οργανικά συστήματα υπολογιστών που είναι τάξεις μεγέθους πιο αποτελεσματικά από τις συμβατικές αρχιτεκτονικές υπολογιστών.
Για να κατασκευάσουν τη συσκευή, οι ερευνητές επεξεργάστηκαν το μέλι με προέλευση τη μέλισσα σε μια στερεή μορφή που συγκρατείται ανάμεσα σε δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια, όπως το πώς οι συνάψεις του εγκεφάλου σας βρίσκονται ανάμεσα σε ζεύγη νευρώνων. Στη συνέχεια, η συσκευή δοκιμάστηκε για την ικανότητά της να ενεργοποιείται και να σβήνει γρήγορα σε ταχύτητες που κυμαίνονται μεταξύ 100 και 500 νανοδευτερόλεπτων των βιολογικών ομολόγων τους – και πέτυχε.
“Πρόκειται για μια πολύ μικρή συσκευή με απλή δομή, αλλά έχει πολύ παρόμοιες λειτουργίες με έναν ανθρώπινο νευρώνα“, δήλωσε ο Feng Zhao, αναπληρωτής καθηγητής της Σχολής Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών του WSU. “Αυτό σημαίνει εάν μπορούμε να ενσωματώσουμε εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια από αυτά τα memristor μελιού μαζί, τότε μπορούν να γίνουν ένα νευρομορφικό σύστημα που λειτουργεί σαν τον ανθρώπινο εγκέφαλο“.
Ο νευρομορφικός υπολογισμός βρίσκεται στο σταυροδρόμι μεταξύ της τεχνολογικής και της βιολογικής εξέλιξης. Τα νευρομορφικά σχέδια στοχεύουν να μιμηθούν τη λειτουργία των νευρώνων και των συνάψεων του εγκεφάλου μας (που αναπτύχθηκαν σε εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης) προκειμένου να ξεκλειδώσουν τάξεις μεγέθους βελτιώσεις τόσο στην υπολογιστική ικανότητα όσο και στην απόδοση ισχύος. Η απύθμενη διαφορά στην απόδοση δεν μπορεί να υποτιμηθεί: ο ισχυρότερος υπερυπολογιστής στον κόσμο, ο ιαπωνικός Fugaku με βάση το Arm, καταναλώνει κατά μέσο όρο 28 εκατομμύρια Watt. Ναι, μπορεί να λύσει προβλήματα που ο εγκέφαλός μας δεν μπορεί, αλλά ισχύει και το αντίθετο. Οι σύγχρονοι υπολογιστές εξακολουθούν να στερούνται τη σπίθα της δημιουργικότητας που προέρχεται (τουλάχιστον εν μέρει) από την ικανότητα να συνδυάζουν γνωστές πληροφορίες με νέους τρόπους – ενώ υπολογίζεται ότι καταναλώνουν ισχύ 10 W έως 20 W. Τα Memristors, με την ικανότητά τους να επεξεργάζονται και να αποθηκεύουν δεδομένα, είναι το κλειδί για την επίτευξη συγκρίσιμων επιπέδων απόδοσης.
Τα συμβατικά συστήματα, όπως οι σημερινοί καλύτεροι υπολογιστές παιχνιδιών, βασίζονται στο σχέδιο Von Neumann, μια υπολογιστική αρχιτεκτονική που προτάθηκε το 1945 από τον ομώνυμο δημιουργό της. Αυτά απαιτούν το υπολογιστικό σύστημα να σχεδιάζεται με μηχανισμούς εισόδου, όπως πληκτρολόγιο, ποντίκι ή οθόνη αφής, παράλληλα με ένα μέσο εξόδου (όπως η οθόνη του υπολογιστή σας). Και για να επεξεργαστούν τις εισόδους και να τις μετατρέψουν στην επιθυμητή έξοδο, οι αρχιτεκτονικές Von Neumman περιλαμβάνουν CPU και τράπεζες αποθήκευσης δεδομένων, όπως εσωτερικές κρυφές μνήμες (που αυξάνονται σε μέγεθος όσο περνούν τα χρόνια) και εξωτερικές τράπεζες μνήμης (όπως π.χ. RAM). Αυτό τους επιτρέπει να αποθηκεύουν τόσο τα ενδιάμεσα όσο και τα τελικά αποτελέσματα του υπολογισμού, καθώς και τα κρίσιμα σύνολα εντολών που καθοδηγούν τα τρανζίστορ της CPU σε όλο το φόρτο εργασίας τους.
Credit: Kaphoot via Wikipedia
Η φυσική απόσταση που διαχωρίζει τα υπολογιστικά στοιχεία από την αποθήκευση επιβαρύνει τόσο την απόδοση όσο και την απόδοση ισχύος. Αυτά αυξάνουν μόνο όσο μακρύτερα χρειάζεται η ανάκτηση δεδομένων, κάτι που είναι ένας από τους λόγους για την ανάπτυξη κρυφών κρυφών μνήμης εντός της CPU (εκ των οποίων το 3D V-Cache της AMD αποτελεί εύστοχο παράδειγμα) που στοχεύουν στη μείωση της απόστασης μεταξύ του αποθηκευτικού χώρου και του χώρου αποθήκευσης. υπολογιστικά στοιχεία.
Ενώ οι ερευνητές εξέτασαν πολλά οργανικά υλικά ως υποψήφια για το σχεδιασμό του memristor, όπως πρωτεΐνες, σάκχαρα και άλλες οργανικές ενώσεις, το μέλι παρουσίαζε τα πιο πολλά υποσχόμενα χαρακτηριστικά.
“Το μέλι δεν χαλάει“, είπε ο Zhao, “Έχει πολύ χαμηλή συγκέντρωση υγρασίας, επομένως τα βακτήρια δεν μπορούν να επιβιώσουν σε αυτό. Αυτό σημαίνει ότι αυτά τα τσιπ υπολογιστών θα είναι πολύ σταθερά και αξιόπιστα για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα“.
Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο των πιθανών νευρομορφικών συστημάτων με βάση το μέλι είναι η ακραία βιοδιασπασιμότητά τους, η οποία θα βοηθούσε στην περικοπή τόνων ηλεκτρονικών απορριμμάτων που προέρχονται από απαρχαιωμένα ή ελαττωματικά ηλεκτρονικά με βάση το πυρίτιο.
“Όταν θέλουμε να πετάξουμε συσκευές που χρησιμοποιούν τσιπ υπολογιστών από μέλι, μπορούμε εύκολα να τις διαλύσουμε στο νερό“, συνέχισε ο Zhao. “Λόγω αυτών των ειδικών ιδιοτήτων, το μέλι είναι πολύ χρήσιμο για τη δημιουργία ανανεώσιμων και βιοδιασπώμενων νευρομορφικών συστημάτων“. Αυτό δημιουργεί προκλήσεις όχι μόνο για όσους από εμάς έχουμε την ατυχία να κάνουμε το χύσιμο του καφέ πάνω από τα ηλεκτρονικά ένα προσωπικό άθλημα, αλλά και για την τελική δυνατότητα ανάπτυξης αυτών των λύσεων σε λιγότερο ελεγχόμενα περιβάλλοντα.
Ωστόσο, υπάρχει ακόμη δουλειά που πρέπει να γίνει για την προσέγγιση memristor με βάση το μέλι. Ένας από τους επόμενους ερευνητικούς στόχους είναι η περαιτέρω σμίκρυνση του υπολογιστικού στοιχείου. Ενώ ο τρέχων σχεδιασμός βρίσκεται σε μικροκλίμακα (περίπου στο μέγεθος μιας ανθρώπινης τρίχας), η ομάδα στοχεύει να μειώσει το σχετικό μέγεθός του σε νανοκλίμακα (περίπου 1/1.000 μικρότερο). Δεν υπάρχει παράκαμψη αυτής της απαίτησης κλιμάκωσης: μόνο σε νανοκλίμακα οι συσκευές θα μπορούν να χωρέσουν εκατομμύρια, ακόμη και δισεκατομμύρια από αυτά τα υπολογιστικά στοιχεία, το ποσό που θεωρείται απαραίτητο για χρήσιμα νευρομορφικά συστήματα.
Όσο ελπιδοφόρα και αν είναι η έρευνα, θα μπορούσε τελικά να επηρεαστεί από τον όλο και πιο απειλούμενο παγκόσμιο πληθυσμό μελισσών. Αλλά και πάλι, πιθανότατα θα αντιμετωπίζαμε πολύ πιο σκληρές προκλήσεις από την απώλεια της ικανότητας ανάπτυξης νευρομορφικών υπολογιστικών συστημάτων με βάση το μέλι.
Πηγές άρθρου:
https://www.news9live.com/science/biodegradable-neuromorphic-computer-chips-can-potentially-be-made-from-honey-163126
https://www.indiatimes.com/technology/news/scientists-have-developed-brain-like-superfast-computer-chips-using-honey-566533.html
https://www.techradar.com/au/news/bee-honey-could-be-the-unlikely-key-to-unlocking-the-next-era-of-computing
https://www.tomshardware.com/news/research-paves-the-way-for-honey-based-neuromorphic-computing
