Làm thế nào để tái tạo một cách tinh tế bộ não mong manh của con người bằng tổng hợp những kim loại rắn và silicon?
IBM cho rằng, họ đã tìm ra giải pháp và chứng minh nó bằng việc xây dựng - kiểm chứng 2 chip vi mạch “điện toán nhận thức” được tạo ra dựa trên cảm hứng bộ não người.
Trong não của động vật có vú, tế bào thần kinh trao đổi tín hiệu hóa học với nhau qua các khoảng trống nhỏ gọi là các khớp thần kinh. Một “đuôi” dài của tế bào thần kinh - sợi trục, gửi tín hiệu từ nhiều thiết bị đầu cuối của nó tới bộ phận tiếp nhận của tế bào thần kinh khác - các nhánh hình cây để thu thập chúng.
Mỗi chip silicon mô phỏng não bộ của IBM có kích thước một vài mm2 và tổ chức thành một mạng lưới với 256 dây song song - đại diện cho nhánh cây của điện toán "các tế bào thần kinh" xuyên qua góc phải bằng các sợi dây khác trong sợi trục thần kinh.
"Khớp thần kinh" là các bóng bán dẫn 45-nm kết nối các dây đan nhau và hoạt động như bộ nhớ của chip, một con chip có 262.144 khớp thần kinh bên trong và 65.536 thành phần khác. Mỗi tín hiệu điện qua một khớp thần kinh chỉ tiêu thụ 45 picajoules/1000 của các chip máy tính thông thường.
Bởi vì các tế bào thần kinh và các khớp thần kinh liên hệ mật thiết với nhau, nên các bộ phận của phần cứng chịu trách nhiệm tính toán và ghi nhớ của chip IBM cũng gắn bó chặt chẽ hơn so với các chip máy tính thông thường.
Với máy tính thường, bộ nhớ nằm bên rìa của bộ xử lý, nhưng trong các chip mới - các khớp thần kinh - bộ nhớ và các bộ vi xử lý - các tế bào thần kinh được sắp xếp chồng lên nhau, vì vậy chúng không tiêu tốn nhiều năng lượng khi lưu chuyển dòng điện.
Chip vi mạch “điện toán nhận thức” được tạo ra dựa trên cảm hứng bộ não người. (Nguồn: Newscientist.com)
Điều này có nghĩa là các con chip này có thể xử lý song song nhiều quá trình một cách hiệu quả hơn các máy tính thông thường.
Trong các thử nghiệm sơ bộ, các con chip này đã có thể chơi trò chơi của Pong, kiểm soát một chiếc xe đích thực trên một trường đua ngựa và nhận định một hình ảnh hoặc chữ số trên màn hình.
Đây là tất cả các nhiệm vụ máy tính thông thường có thể hòan thành, nhưng các chip mới này có khả năng quản lý và hoàn thành chúng mà không cần một chương trình chuyên biệt với mỗi công việc. Các chip này cũng có thể "học hỏi" làm thế nào để hoàn thành mỗi nhiệm vụ nếu được “đào tạo”.
Đặc biệt, bằng cách kết nối nhiều chip với nhau, Dharmendra Modha thuộc IBM Research – Almaden ở San Jose, California, hy vọng sẽ xây dựng được một siêu máy tính có kích thước chỉ bằng một chiếc hộp đựng giày, với 10 tỷ tế bào thần kinh và 100 nghìn tỷ khớp thần kinh chỉ tiêu thụ 1 vài trăm kilowatt điện năng.
Điều này cần được ghi nhận – khi mà một máy tính tiêu chuẩn sử dụng một vài trăm watt, nhưng một siêu máy tính như IBM’s Watson chỉ sử dụng vài trăm kilowatt. Ngược lại, bộ não cực kỳ hiệu quả của con người được ước tính có 100 tỷ tế bào thần kinh và có ít nhất là 100 nghìn tỷ khớp thần kinh nhưng tiêu thu tói hơn 20 watt.
Kwabena Boahen của Đại học Stanford, California cho biết: quy mô là một trong những vấn đề trong tâm của nghiên cứu này. Đến khi các con chip chứa nhiều khớp thần kinh như não bộ con người, nó sẽ dẫn tới việc khó khăn trong nhận biết thành tựu này so với các con chip trong máy tính.
Công trình này được tài trợ bởi Cơ quan hỗ trợ các dự án nghiên cứu của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (DARPA) nhằm tạo ra các máy tính có khả năng thay thế bộ não con người.