Intel avslöjar neuromorfisk chipdesign

Hjärnan är den mest extraordinära av datormaskiner. Den utför uppgifter som rutinmässigt som skulle fräta kretsarna för de mest kraftfulla superdatorerna på planeten: gå, prata, känna igen, analysera och så vidare.

Och där superdatorer kräver tillräckligt med juice för att driva en liten stad, gör den mänskliga hjärnan allt sitt arbete med lite mer än energin i en skål med gröt.

Så det är ingen överraskning att datavetare skulle vilja förstå hjärnan och kopiera dess förmåga. Det finns dock ett problem. Hjärnan är byggd av neuroner och dessa fungerar på ett ganska annorlunda sätt än de kiseltransistorbaserade kretsarna som ligger under huven på konventionella chips.

Naturligtvis kan datavetare simulera neuronernas beteende och hur de länkar ihop på konventionella datorer. Men detta är en djupt slösaktig process som inte kan utnyttja de partiella bearbetnings- och nätverkseffekter som hjärnan helt klart använder sig av och som äter kraft i processen.

Så loppet är igång för att utveckla en annan typ av chip som mer exakt efterliknar hur hjärnan fungerar. Så kallade neuromorfa chips måste byggas av enheter som beter sig som neuroner – med andra ord sänder och svarar de på information som skickas i spikar snarare än i en kontinuerligt varierande spänning.

(En anledning till att hjärnan är så energieffektiv är att nervspikar bara laddar en liten del av en neuron när de färdas. Däremot håller konventionella chips varje transmissionsledning vid en viss spänning hela tiden.)

Idag avslöjar Charles Augustine vid Intels Circuit Research Laboratory i Hillsboro, Oregon, och några kompisar sin design för ett neuromorft chip.

De bygger sin design på två teknologier: laterala spinnventiler och memristorer. Laterala spinnventiler är små magneter anslutna via metalltrådar som kan byta orientering beroende på elektronernas spinn som passerar genom dem. Vi har tittat på memristorer många gånger på den här bloggen. Dessa är grundläggande elektroniska enheter som fungerar som motstånd med minne.

Augustine och co hävdar att arkitekturen de har designat fungerar på liknande sätt som neuroner och därför kan användas för att testa olika sätt att reproducera hjärnans bearbetningsförmåga.

Glasyren på moset, säger de, är att spinnventiler arbetar vid terminalspänningar mätt i millivolt, det är betydligt mindre än konventionella chips.

De hävdar att detta leder till en dramatisk energibesparing. Vi visar att de spinnbaserade neuromorfa designerna kan uppnå 15X-300X lägre beräkningsenergi, säger de. (Vad de egentligen menar är att de 'berättar' för oss att denna typ av besparing är möjlig eftersom det inte finns mycket i vägen för en demonstration i deras tidning.)

De säger också att den nya designen är idealisk för den typ av bearbetningsuppgifter som hjärnor gör ganska bra: analog dataavkänning, kognitiv datoranvändning, associativt minne och så vidare.

Intels nya chipdesign ser verkligen ut att vara en förbättring jämfört med befintliga, men den är fortfarande storleksordningar borta från den beräkningseffektivitet som verkliga neuroner uppnår.

Det är uppenbart att de senaste framstegen inom memristorteknologi och spintronik möjliggör helt nya sätt att designa chips. Det är dock en lång väg kvar innan syntetiska system kan börja matcha förmågan hos naturliga.

Ref: arxiv.org/abs/1206.3227 : Förslag för neuromorf hårdvara som använder spinnenheter

Dölj