Computers gebouwd als onze hersens (afb: IBM Research)

IBM-onderzoekers werken aan een nieuw type computer dat veel beter dan de huidige zou kunnen omgaan met de almaar wassende datastroom en met kunstmatige intelligentie. De architectuur daarvan is geïnspireerd op die van onze hersens (vandaar mijn term ‘hersencomputer’) en zou in tests de huidige computers met ki-algoritmes verre achter zich hebben gelaten in snelheid. Tot verrassing van de onderzoekers, overigens.
De hedendaagse computers zijn gebouwd volgens de Neumann-architectuur, die al in de jaren 40 is ontwikkeld door John Von Neumann. Zo’n rekentuig bestaat uit een processor voor het uitvoeren van logische en rekenkundige operaties, uit een geheugen, een opslagsysteem en invoer- en uitvoerapparaten zoals een toetsenbord of een printer. De computer waar de IBM-ers aan werken werkt meer op de manier waarop onze hersens werken (althans, hoe wij denken dat die werken). Daar lopem, bijvoorbeeld, het geheugen en de verwerking (processor) door elkaar. Volgens IBM-onderzoeker Abu Christian zou dat de efficiëntie bevorderen en zo’n hersencomputer zou ook met minder energie toe kunnen.
“Mensen rekenen en hebben daar maar 20 tot 30 Watt voor nodig. Bij de supercomputers waar ki op draait praat je over kilowatts of zelfs megawatts vermogen. In je hersens zijn de synanpsen (verbinding tussen de hersencellen; as) zowel betrokken bij het rekenen als bij de informatieopslag. In de nieuwe architectuur, voorbij Von Neumann, zal het geheugen een actievere rol spelen in het rekenen.”

De onderzoekers onderscheiden, naar anologie van de hersens, drie niveaus. Het eerste gebruikt de toestandsdynamica van een geheugen om rekentaken uit te voeren in het geheugen zelf, net als in de hersens gebeurt (denken de onderzoekers; as). Het tweede niveau is geïnspireerd op de synaptische netwerken die de onderzoekers technisch vertaald hebben (denken te hebben?) in een zogeheten faseovergangsgeheugen, systemen die het ‘leerproces’ van neurale netwerken moeten versnellen. Het derde niveau moest een technische vertaling zijn van het dynamische en stochastische (’toevallige’) gedrag van neuronen. Ze creëerden een elektronische versie van het vuren van neuronen.

Een faseovergangsgeheugen is gemaakt van germanium, telluur en tin. Dat materiaal wordt geklemd tussen twee elektrodes (we praten hier wel over nanoschaal). De eigenschappen van de geheugens zijn afhankelijk de positie van de atomen. In een wanordelijke (amorfe) toestand hebben ze een hoge weerstand, in de kristallijne fase is de weerstand laag. Met behulp van elektrische pulsjes is de mate van (wan)orde te sturen. Daarmee krijg je dus opslagelement dat niet alleen nullen of enen levert. Dat lijkt dus meer op wat de synapsen in onze hersens (zouden) doen.

Verrassend

Sebastian en zijn collega’s behaalden met hun ‘hersencomputer’ verrassende resultaten. “We hebben altijd gedacht dat dit systeem veel beter zou werken voor een aantal zaken, maar we waren verrast hoe veel efficiënter sommige van deze benaderingen (sic; as) waren.” Het vorig jaar draaiden ze wat ki-algoritmes op zowel conventionele systemen als op een prototype van hun ‘hersencomputer’ met faseovergangsgeheugens. Sebastian: “Die laatste waren tweehonderd keer sneller. We wisten altijd wel dat ze sneller waren maar niet dat het zoveel zou zijn.” De onderzoekers werken nu verder aan chips en aan soortgelijke ‘hersensystemen’.

Ook qua energieverbruik zou de ‘hersencomputer’ veel zuinige zijn dan de huidige top van de computers: tenminste honderd maal. Of dat in de buurt van onze zuinige hersens komt weet ik niet, maar opmerkelijk is dat dit ‘detail’ niet in het persbericht staat…

Bron: Alpha Galileo