Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης
Η όρεξη των σύγχρονων υπολογιστών για ηλεκτρική ενέργεια αυξάνεται με ανησυχητικό ρυθμό. Μέχρι το 2026, η κατανάλωση από τα κέντρα δεδομένων, την τεχνητή νοημοσύνη και τα κρυπτονομίσματα θα μπορούσε να είναι διπλάσια από τα επίπεδα του 2022, σύμφωνα με πρόσφατη έκθεση του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας (IEA).
Εκτιμάται ότι το 2026 η κατανάλωση ενέργειας από αυτούς τους τρεις τομείς θα μπορούσε να είναι περίπου ισοδύναμη με τις ετήσιες ενεργειακές ανάγκες της Ιαπωνίας. Εταιρείες όπως η Nvidia – των οποίων τα τσιπ υπολογιστών υποστηρίζουν τις περισσότερες εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης σήμερα – εργάζονται για την ανάπτυξη πιο ενεργειακά αποδοτικού υλικού.
Θα μπορούσε όμως ένας εναλλακτικός δρόμος να είναι η κατασκευή υπολογιστών με έναν ριζικά διαφορετικό τύπο αρχιτεκτονικής, που να είναι πιο ενεργειακά αποδοτικός; Κάποιες εταιρείες το πιστεύουν σίγουρα και βασίζονται στη δομή και τη λειτουργία ενός οργάνου που χρησιμοποιεί ένα κλάσμα της ισχύος ενός συμβατικού υπολογιστή για να εκτελέσει περισσότερες λειτουργίες πιο γρήγορα: του εγκεφάλου.
Στον νευρομορφικό υπολογισμό, οι ηλεκτρονικές συσκευές μιμούνται νευρώνες και συνάψεις και συνδέονται μεταξύ τους με τρόπο που μοιάζει με το ηλεκτρικό δίκτυο του εγκεφάλου.
Δεν είναι κάτι καινούργιο – οι ερευνητές εργάζονται πάνω στην τεχνική από τη δεκαετία του 1980. Όμως οι ενεργειακές απαιτήσεις της επανάστασης της τεχνητής νοημοσύνης αυξάνουν την πίεση για να μπει η εκκολαπτόμενη τεχνολογία στον πραγματικό κόσμο.
Τα τρέχοντα συστήματα και πλατφόρμες υπάρχουν κυρίως ως ερευνητικά εργαλεία, αλλά οι υποστηρικτές λένε ότι θα μπορούσαν να προσφέρουν τεράστια κέρδη στην ενεργειακή απόδοση, Μεταξύ αυτών που έχουν εμπορικές φιλοδοξίες περιλαμβάνονται γίγαντες υλικού όπως η Intel και η IBM.
Μια χούφτα μικρές εταιρείες βρίσκονται επίσης στη σκηνή. «Η ευκαιρία είναι εκεί και περιμένει την εταιρεία που μπορεί να το καταλάβει», λέει ο Dan Hutcheson, αναλυτής στο TechInsights. «Και η ευκαιρία είναι τέτοια που θα μπορούσε να ανταγωνιστεί την Nvidia».
Τον Μάιο η SpiNNcloud Systems, ένα παράγωγο του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου της Δρέσδης, ανακοίνωσε ότι θα αρχίσει να πουλά νευρομορφικούς υπερυπολογιστές για πρώτη φορά και ήδη δέχεται προπαραγγελίες. «Έχουμε φτάσει στην εμπορευματοποίηση νευρομορφικών υπερυπολογιστών πριν από άλλες εταιρείες», λέει ο Hector Gonzalez, συν-διευθύνων σύμβουλός της.
Είναι μια σημαντική εξέλιξη, λέει ο Tony Kenyon, καθηγητής νανοηλεκτρονικών και νανοφωτονικών υλικών στο University College του Λονδίνου που εργάζεται στον τομέα.
«Ενώ δεν υπάρχει ακόμα μια εφαρμογή «φονέας» υπάρχουν πολλοί τομείς όπου η νευρομορφική πληροφορική θα προσφέρει σημαντικά κέρδη στην ενεργειακή αποδοτικότητα και απόδοση, και είμαι σίγουρος ότι θα αρχίσουμε να βλέπουμε ευρεία υιοθέτηση της τεχνολογίας καθώς ωριμάζει», λεει ο Kenyon.
Ο νευρομορφικός υπολογισμός καλύπτει μια σειρά προσεγγίσεων – από μια απλή εμπνευσμένη από τον εγκέφαλο, έως μια σχεδόν συνολική προσομοίωση του ανθρώπινου εγκεφάλου (στην οποία πραγματικά δεν είμαστε κοντά). Υπάρχουν όμως κάποιες βασικές ιδιότητες σχεδιασμού που τον ξεχωρίζουν από τους συμβατικούς υπολογιστές. Πρώτον, σε αντίθεση με αυτούς, οι νευρομορφικοί υπολογιστές δεν έχουν ξεχωριστή μνήμη και μονάδες επεξεργασίας. Αντίθετα, αυτές οι εργασίες εκτελούνται μαζί σε ένα τσιπ σε μια ενιαία θέση.
Η κατάργηση αυτής της ανάγκης μεταφοράς δεδομένων μεταξύ των δύο μειώνει την ενέργεια που χρησιμοποιείται και επιταχύνει τον χρόνο επεξεργασίας, σημειώνει ο καθηγητής Kenyon.
Επίσης, κοινή μπορεί να είναι μια προσέγγιση με γνώμονα τα συμβαίνοντα στον υπολογισμό.
Σε αντίθεση με τους συμβατικούς υπολογιστές όπου κάθε τμήμα του συστήματος είναι πάντα ενεργοποιημένο και διαθέσιμο για επικοινωνία με οποιοδήποτε άλλο τμήμα όλη την ώρα, η ενεργοποίηση στον νευρομορφικό υπολογισμό μπορεί να είναι πιο διάσπαρτη.
Οι «νευρώνες» του νευρομορφικού υπολογιστή και οι «συνάψεις» τους ενεργοποιούνται σε μια στιγμή του χρόνου μονον αν έχουν κάτι να επικοινωνήσουν, με τον ίδιο τρόπο που πολλοί νευρώνες και συνάψεις στον εγκέφαλό μας ενεργοποιούνται μόνο όταν υπάρχει λόγος.
Η εργασία μόνο όταν υπάρχει κάτι για επεξεργασία εξοικονομεί επίσης ενέργεια.
Ενώ οι σύγχρονοι υπολογιστές είναι ψηφιακοί – χρησιμοποιώντας 1 ή 0 για την αναπαράσταση δεδομένων – ο νευρομορφικός υπολογιστής μπορεί να είναι αναλογικός.
Είναι ιστορικά σημαντικό, ότι αυτή η μέθοδος υπολογισμού βασίζεται σε συνεχή σήματα και μπορεί να είναι χρήσιμη όπου πρέπει να αναλυθούν δεδομένα που προέρχονται από τον έξω κόσμο. Ωστόσο, για λόγους ευκολίας, οι περισσότερες εμπορικά προσανατολισμένες νευρομορφικές προσεγγισεις είναι ψηφιακές.
Οι προβλεπόμενες εμπορικές εφαρμογές εμπίπτουν σε δύο κύριες κατηγορίες.
Η πρώτη, στην οποία επικεντρώνεται το SpiNNcloud, είναι η παροχή μιας πλατφόρμας πιο ενεργειακά αποδοτικής και υψηλότερης απόδοσης για εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης – συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης εικόνας και βίντεο, της αναγνώρισης ομιλίας και των μοντέλων μεγάλης γλώσσας που τροφοδοτούν chatbots όπως το ChatGPT.
Μια άλλη χρησιμοποιεί το edge computing – όπου τα δεδομένα δεν υποβάλλονται σε επεξεργασία στο cloud, αλλά σε πραγματικό χρόνο σε συνδεδεμένες συσκευές, οι οποίες όμως λειτουργούν με περιορισμούς ισχύος. Τα αυτόνομα οχήματα, τα ρομπότ, τα κινητά τηλέφωνα και τα φορητά gadget θα μπορούσαν όλα να ωφεληθούν.
Ωστόσο, οι τεχνικές προκλήσεις παραμένουν. Θεωρείται από καιρό ότι κύριο εμπόδιο στην πρόοδο της νευρομορφικής πληροφορικής γενικά, είναι η ανάπτυξη του λογισμικού που απαιτείται για την λειτουργια των τσιπ. Αν και το hardware υπάρχει, πρέπει να είναι προγραμματισμένο για να λειτουργεί, και αυτό μπορεί να απαιτεί την ανάπτυξη από την αρχή ενός εντελώς διαφορετικού στυλ προγραμματισμού από αυτό που χρησιμοποιούν οι συμβατικοί υπολογιστές. «Οι δυνατότητες για αυτές τις συσκευές είναι τεράστιες – το πρόβλημα είναι πώς τις κάνεις να λειτουργούν», συνοψίζει ο Hutcheson, ο οποίος προβλέπει ότι θα περάσει τουλάχιστον μια δεκαετία, αν όχι δύο, προτού γίνουν πραγματικά αισθητά τα οφέλη των νευρομορφικών υπολογιστών.
Υπάρχουν επίσης προβλήματα με το κόστος. Είτε χρησιμοποιούν πυρίτιο, όπως κάνουν οι εμπορικά προσανατολισμένες προσεγγισεις, είτε άλλα υλικά, η δημιουργία ριζικά νέων τσιπ είναι ακριβή, σημειώνει ο καθηγητής Kenyon.
Το τρέχον πρωτότυπο νευρομορφικό τσιπ της Intel ονομάζεται Loihi 2. Τον Απρίλιο, η εταιρεία ανακοίνωσε ότι συγκέντρωσε 1.152 από αυτα για να δημιουργήσει το Hala Point, ένα μεγάλης κλίμακας νευρομορφικό ερευνητικό σύστημα που περιλαμβάνει περισσότερους από 1,15 δισεκατομμύρια τεχνητούς νευρώνες και 128 δισεκατομμύρια τεχνητές συνάψεις.
Με χωρητικότητα νευρώνων περίπου ισοδύναμη με έναν εγκέφαλο κουκουβάγιας, η Intel ισχυρίζεται ότι είναι το μεγαλύτερο σύστημα στον κόσμο μέχρι σήμερα. Αυτή τη στιγμή πάντως εξακολουθεί να είναι ένα ερευνητικό έργο για την Εταιρεια. «Αλλά το Hala Point δείχνει ότι υπάρχει κάποια πραγματική βιωσιμότητα εδώ για εφαρμογές που χρησιμοποιούν τεχνητή νοημοσύνη», λέει ο Mike Davies, διευθυντής του εργαστηρίου νευρομορφικών υπολογιστών της Intel. Περίπου στο μέγεθος ενός φούρνου μικροκυμάτων, το Hala Point είναι «εμπορικά σχετικό» και σημειώνεται «ταχεία πρόοδος» από την πλευρά του λογισμικού, προσθέτει ο ίδιος.
Η IBM αποκαλεί το τελευταίο πρωτότυπο τσιπ εμπνευσμένο από τον εγκέφαλο, NorthPole.
Αποκαλύφθηκε πέρυσι, είναι μια εξέλιξη του προηγούμενου πρωτότυπου τσιπ TrueNorth. Οι δοκιμές δείχνουν ότι είναι πιο ενεργειακά αποδοτικό, απαιτεί λιγότερο χώρο και είναι πιο γρήγορο από οποιοδήποτε τσιπ που κυκλοφορεί αυτή τη στιγμή στην αγορά, λέει ο Dharmendra Modha, επικεφαλής επιστήμονας της εταιρείας στον τομέα των υπολογιστών εμπνευσμένων από τον εγκεφάλο. Προσθέτει ότι η ομάδα του εργάζεται τώρα για να αποδείξει ότι τα τσιπ μπορούν να ενσωματωθούν σε ένα μεγαλύτερο σύστημα.
«Το μονοπάτι προς την αγορά θα είναι στο μέλλον», λέει. Μία από τις μεγάλες καινοτομίες με το NorthPole, σημειώνει ο Dr Modha, είναι ότι έχει σχεδιαστεί από κοινού με το λογισμικό, ώστε να μπορούν να αξιοποιηθούν όλες οι δυνατότητες της αρχιτεκτονικής από την πρώτη στιγμή. Άλλες μικρότερες νευρομορφικές εταιρείες περιλαμβάνουν τις BrainChip, SynSense και Innatera.
Ο υπερυπολογιστής του SpiNNcloud εμπορευματοποιεί τους νευρομορφικούς υπολογιστές που αναπτύχθηκαν από ερευνητές τόσο στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Δρέσδης όσο και στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, υπό την ομπρέλα του Human Brain Project της ΕΕ.
Οι προσπάθειες κατέληξαν σε δύο νευρομορφικούς υπερυπολογιστές ερευνητικού σκοπού: Ο πρώτος, είναι η μηχανή SpiNNaker1 που εδράζεται στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ και αποτελείται από πάνω από ένα δισεκατομμύριο νευρώνες και λειτουργεί από το 2018.
Ένα άλλο μηχάνημα είναι το δεύτερης γενιάς SpiNNaker2 στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Δρέσδης, το οποίο αυτή τη στιγμή βρίσκεται σε διαδικασία διαμόρφωσης και έχει την ικανότητα να μιμηθεί τουλάχιστον πέντε δισεκατομμύρια νευρώνες. Τα εμπορικά διαθέσιμα συστήματα που προσφέρονται από το SpiNNcloud μπορούν να φτάσουν σε ακόμη υψηλότερο επίπεδο τουλάχιστον 10 δισεκατομμυρίων νευρώνων, λέει ο Gonzalez. «Το μέλλον θα είναι: διαφορετικοί τύποι υπολογιστικών πλατφορμών – συμβατικές, νευρομορφικές και κβαντικές, που είναι ένας άλλος νέος τύπος υπολογιστών επίσης στον ορίζοντα – που θα συνεργάζονται μεταξύ τους», καταλήγει ο καθηγητής Kenyon.
Πηγή: BBC News
