Neurony z křemíku
Prototyp počítačového čipu napodobuje lidský mozek

Nervové buňky v mozku fungují jako výpočetní jednotky a operační paměť zároveň. IBM nyní představila prototypy dvou počítačových čipů, které strukturu lidského mozku napodobují. Mají přinést výraznou úsporu energie a schopnost řešit úkoly, na které se dosavadní počítače příliš nehodí.

Nové čipy nemají být prvním krokem k vývoji "umělého mozku", pouze se inspirují způsobem, jakým si nervové buňky (neurony) vyměňují informace. Jde o klasickou křemíkovou technologii, jen propojení jednotlivých součástek je sofistikovanější než v běžných čipech.

V mozku si neurony vyměňují informace prostřednictvím synapsí – míst, kde k sobě buněčné membrány dvou neuronů těsně přiléhají. Jde o kombinaci chemických a elektrických signálů. "Vysílající" neuron uvolní do mezery mezi membránami nervové přenašeče, které na membráně "přijímacího" neuronu vyvolají změnu elektrického potenciálu. Membránou se následně šíří elektrický signál, který na další synapsi opět spustí uvolnění přenašečů... Každý z neuronů takto přijímá různě silné signály od svých sousedů a jejich kombinace určuje jeho chování.

V nově představených čipech funguje přenos informací čistě na elektrické bázi, ale jejich distribuce je jinak podobná jako v mozku. Roli neuronů hrají výpočetní jednotky tvořené řadou tranzistorů, jako synapse slouží tisíce jednotek paměti RAM. Prototypy mají 256 "neuronů" a desítky tisíc "synapsí".

Těsné propojení výpočetních jednotek a RAM s sebou nese energetickou úsporu. Takto konstruované čipy by měly spotřebovávat o několik řádů méně elektrické energie než konvenční procesory. A přitom umožňují mnohem efektivnější řešení některých úkolů, s nimiž mají dnešní počítače potíže.

Počítač se učí

"Neurony" v nových čipech zpracovávají informace přicházející od několika sousedů najednou. Váha, kterou neurony jednotlivým spojením přikládají, se může průběžně měnit. To dává celému systému značnou flexibilitu. Může se učit ze zkušeností, ověřovat různé hypotézy a z konkrétních výstupů tvořit obecné závěry.

Hodí se proto například pro analýzu obrazu, rozpoznávání řeči, hledání slabého signálu v náhodném šumu, zpracovávání různorodých dat průběžně přicházejících ze sady senzorů... Využití by mohl najít například v řízení dopravy, digitalizaci starých, špatně čitelných knih, přepisu audionahrávek nebo v monitorování stavu komplexních systémů - třeba kvality vody v čistírně odpadních vod.

Výkon představených prototypů je zatím malý, 256 neuronů na složitější úkoly nestačí. Cílem IBM je vytvořit systém s deseti miliardami neuronů (desetinou jejich počtu v lidském mozku) a stem miliard synapsí (stejně jako v mozku).

Výzkum, na kterém se vedle IBM podílí řada univerzit, finančně podporuje i americká armádní výzkumná agentura DARPA. Nová architektura čipů je totiž zajímavá i pro vojenské aplikace.