ساخت تراشه هوش مصنوعی کم‌مصرف با الهام از مغز انسان

دانشمندان تراشه‌ی هوش مصنوعی کم‌مصرفی با الهام از مغز انسان ساخته‌اند. نام این تراشه NorthPole است و در عملکرد و انرژی و بهره‌وری در مساحت برتری دارد.

به‌گزارش تک‌ناک، هوش مصنوعی (artificial intelligence : field of computer science and engineering practices for intelligence demonstrated by machines and intelligent agents)‌ مصرف‌کننده‌ی انرژی قدرتمندی است که با قدرت محاسباتی فراوانی اجرا می‌شود. اجرای برنامه‌های هوش مصنوعی مانند نظارت بر رفتار و نرم‌افزار تشخیص چهره یا پیگیری زنده اشیاء در واقعیت به سیستمی محاسباتی با استنتاج سریع و دقیق نیاز دارد. برای رخ‌دادن این امر، مدل هوش مصنوعی بزرگی باید با منبع داده به‌خوبی همکاری کند.

این مشکل انتقال حجم بزرگی از داده بین محاسبات و حافظه با یکی از اولین کامپیوترهای الکترونیکی، یعنی کامپیوتر خودکار متغیر گسسته الکترونیکی (EDVAC)، شروع شد. محاسبات و حافظه سیستم بر‌اساس فناوری‌های متفاوتی بودند و بنا به ضرورت باید جداگانه عمل می‌کردند. این مشکل تا‌به‌امروز همچنان وجود دارد.

با هدف حل این مسئله، پژوهشگران نوآوری معماری‌ای با نام با نام NorthPole را توسعه داده‌اند که در تلاقی محاسبات الهام‌گرفته از مغز (brain : organ that serves as the center of the nervous system in all vertebrate and most invertebrate animals)‌ و فناوری نیمه‌رسانا قرار دارد. این تراشه با مصرف انرژی کمتری و پردازش بهینه داده، محاسبات را با حافظه روی تراشه‌ای تک‌پردازنده ترکیب می‌کند.

حذف حافظه خارج از تراشه هوش مصنوعی

پژوهشگران در ایجاد NorthPole تحت‌تأثیر سه عامل بودند:

استنتاج عصبی که از مغز الهام گرفته شده است و می‌تواند با ساختارهای کمتر پیچیده‌ پیاده‌سازی شود.
قانون مور (Moore) که بیان می‌کند هر ۱۰ سال تعداد ترانزیستورها در یک تراشه دو برابر می‌شود.
جلوگیری از تبدیل‌شدن هوش مصنوعی به فناوری ناپایدار است.

پژوهشگران معتقدند:

دستگاه‌هایی که در لحظه رصد و ردیابی می‌کنند، مثلاً باید با مدل‌های قدرتمند هوش مصنوعی متمرکز ارتباط برقرار کنند و سپس اطلاعات را به لبه برگردانند. این مسیر با محدودیت‌های پهنای باند و مشکلات تأخیر و اختلالات احتمالی در شبکه همراه است.

با ترکیب محاسبات الهام‌گرفته از مغز و فناوری نیمه‌رسانا، NorthPole در ناحیه‌ای 800 میلی‌متر‌مربعی از 22میلیارد ترانزیستور با 256 هسته برخوردار است.

پژوهشگران توضیح دادند:

این تراشه درمقایسه‌با سایر معماری‌های رقیب، از‌جمله آن‌هایی که از فرایندهای فناوری پیشرفته‌تری استفاده می‌کنند، عملکرد و کارایی در انرژی و مساحت بیشتری دارد.

در‌مقایسه‌با یک واحد پردازش گرافیکی (GPU)، نتایج تیم نشان می‌دهد که NorthPole در معیار انرژی، 25 برابر فریم‌برثانیه (FPS) در وات بیشتر، در معیار فضا، 5 برابر فریم‌برثانیه در ترانزیستور بهتر و در معیار زمان، 22 برابر تعلل/تأخیر کمتر داشته است.

پژوهشگران درپایان این‌چنین نتیجه‌گیری کردند:

به‌طور جسورانه‌تر، اکنون می‌توان شبکه‌ی بزرگی از تراشه‌های NorthPole را متصور شد که هر‌کدام نمایانگر یک منطقه در مغز باشند و از‌طریق مسیرهای راه دور مانند مغز، به‌هم متصل شوند و به‌کمک تنسورها ارتباط برقرار کنند.

این مطالعه با عنوان «استنتاج عصبی در مرز انرژی و فضا و زمان» در مجله‌ی Science منتشر شده است.