Chip thần kinh đa hình - Đột phá mới của công nghệ

Thứ Sáu, 29 Tháng Mười 20213:00 SA(Xem: 563)
Chip thần kinh đa hình - Đột phá mới của công nghệ

Garrett Kenyon (một nhà vật lý công tác tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos) và nhiều người khác đang rất hy vọng sẽ được nhìn thấy những máy tính thông minh hơn trong một dạng công nghệ mới nổi được gọi bằng cái tên là “kỹ thuật cấu trúc thần kinh/ hoặc tính toán thần kinh” (NC).


Thay thế cho kiến trúc điện toán tiêu chuẩn khi xử lý thông tin theo cách tuyến tính, các con chip thần kinh đa hình sẽ mô phỏng cách mà bộ não người xử lý thông tin với vô số neuron thần kinh kỹ thuật số hoạt động song song khi gửi đi các xung điện đến những mạng lưới neuron thần kinh khác.

Mỗi neuron silicon sẽ được kích hoạt khi nó nhận đủ xung và truyền theo kích thích của nó đến các neuron khác, và hệ thống sẽ học hỏi bằng cách gia cố những kết nối được kích thích thường xuyên trong khi loại bỏ những kết nối không hoạt động. Cách tiếp cận này tỏ ra khá vượt trội khi phát hiện các mô hình trong số lượng lớn dữ liệu bị nhiễu, mà có thể tăng tốc học máy.

Do quá trình xử lý thông tin diễn ra trong toàn bộ mạng neuron, nên các chip thần kinh đa hình cũng yêu cầu dữ liệu giữa bộ nhớ và mạch xử lý ít hơn nhiều, thúc đẩy tốc độ và hiệu quả năng lượng. Thực ra tính toán thần kinh không phải là chuyện mới, tuy nhiên tiến độ còn chậm, cũng như các nhà sản xuất chip còn ngần ngại trong việc đầu tư vào công nghệ này mà không chứng minh hiệu quả trên thị trường, còn các nhà phát triển thuật toán lại đang vật lộn để viết phần mềm cho toàn bộ kiến trúc máy tính mới.

Tuy vậy lĩnh vực này dường như đang chín muồi khi khả năng của các chip tăng dần, được thể hiện bằng việc thu hút một cộng đồng tăng trưởng của các nhà phát triển phần mềm. Tập đoàn Intel đã công bố thế hệ thứ 2 của chip thần kinh đa hình mang tên Loihi. Con chip này chứa đến 1 triệu neuron thần kinh nhân tạo, tức lớn gấp 6 lần so với con chip thế hệ đầu tiên, và chúng kết nối với nhau thông qua 120 triệu khớp thần kinh.

Chip thần kinh đa hình - Đột phá mới của công nghệ -0
Con chip Loihi thế hệ thứ 2. Ảnh nguồn: Mason Trinca.

Các công ty khác như BrainChip và SynSense gần đây cũng tung ra phần cứng thần kinh đa hình mới, loại chip này sẽ tăng tốc tác vụ như thị giác máy tính và xử lý âm thanh. Thomas Cleland, một nhà sinh học thần kinh công tác tại Đại học Cornell (New York) phát biểu: “Tính toán thần kinh đang là siêu sao nhạc rock. Dù không làm mọi thứ tốt hơn, song chí ít nó sẽ sở hữu hoàn toàn một phần nhỏ trong lĩnh vực máy tính”.

Sự thông thoáng đi vào kiến trúc thần kinh đa hình của Intel đã khiến gã khổng lồ này rời xa những con chip máy tính đa năng nổi tiếng được gọi là Bộ xử lý trung tâm (CPUs). Trong những năm gần đây, tốc độ tiến bộ trong công nghiệp silicon của CPUs đã bắt đầu chậm lại. Thực tế này đã dẫn đến sự gia tăng các chip máy tính đặc biệt như Bộ xử lý đồ họa (GPUs) cùng các chip nhớ chuyên dụng và mỗi loại chip lại phù hợp với một công việc cụ thể.

Nỗ lực của Intel đang tập trung trong khu Jones Farm, đó là một phức hợp nghiên cứu và phát triển nằm ở phía Tây thành phố Portland (tiểu bang Oregon). Từng nhộn nhịp trước thời kỳ đại dịch COVID-19, hiện tại khu nhà 4 tầng của Jones Farm la liệt các phòng trống khi các kỹ sư phần mềm và phần cứng hầu hết làm việc tại nhà. Tại phòng thí nghiệm thần kinh đa hình, ông Mike Davies và một nhân viên thường trực đang thử nghiệm các con chip Loihi-2 có kích cỡ 2 ngón út. Ông Davies nói làm việc từ xa sẽ làm chậm tiến độ tung chip mới đến 6 tháng.

Cũng như chip Loihi-1, các neuron thần kinh đơn lẻ trong chip Loihi-2 có thể được lập trình để khuếch đại hoặc ức chế sự lan truyền của các xung điện từ neuron thần kinh hàng xóm. Mặt khác, sự hợp tác với các nhà khoa học thần kinh như Cleland sẽ thúc đẩy các kỹ sư Intel bổ sung một tính năng trí tuệ khác vào chip Loihi mới.

Những nghiên cứu về quá trình xử lý khứu giác trong não đã chỉ ra rằng khoảng thời gian giữa các xung có thể mã hóa thông tin bổ sung, và năm ngoái 2020, ông Cleland và các đồng nghiệp đã chứng minh sức mạnh của việc thêm thông tin thời gian vào tính toán thần kinh. Họ đã đào tạo con chip Loihi thế hệ đầu tiên có thể nhận ra mùi của 10 loại hóa chất độc hại trong một hỗn hợp các hợp chất nền. Các nhà nghiên cứu đã ghi lại những bài đọc của 72 cảm biến hóa học ngay trong một đường hầm gió khi các mùi thoảng qua nó, bao gồm acetone, methane và ammonia.

Họ cung cấp dữ liệu cho Loihi bằng cách sử dụng một thuật toán nhằm biểu diễn và phân tích các chất tạo mùi dưới dạng các luồng xung điện thay đổi theo mô hình thời gian của chúng. Loihi có thể xác định từng mùi chỉ bằng 1 mẫu duy nhất; cách tiếp cận học sâu yêu cầu phải đào tạo tới 3.000 mẫu để đạt cùng độ chính xác. Từ thành công đó đã thúc đẩy Intel trang bị cho chip Loihi-2 khả năng sản xuất và phân tích những mô hình xung thời gian phức tạp.

Nhà thần kinh sinh học Mike Davies tuyên bố: “Chúng tôi đang cố gắng thiết lập một con chip máy tính mới thông minh, đa mục đích và linh hoạt”. Từ hai loại chip Loihi 1 và 2 có thể chỉ ra rằng chip thần kinh đa hình có thể bắt kịp với các khả năng của một số chương trình AI tiến bộ trên thị trường. Phần mềm Workhorse AI dựa vào một thuật toán học sâu được biết đến bằng tên gọi là “Mạng lưới thần kinh lan truyền ngược” (BPNN), nó cho phép các hệ thống AI học hỏi sai lầm của chúng khi được huấn luyện.

Ông Garett Kenyon nhấn mạnh rằng những bộ xử lý thần kinh đa hình có thể giúp các nhà khoa học thần kinh hiểu tốt hơn về tiến hóa và cơ chế làm việc của bộ não. Hiện tại ở Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, các nhà nghiên cứu đang dùng một thuật toán cho Loihi nhằm xem xét liệu dạng nhắm mắt của AI có giúp con chip xử lý ổn thỏa thông tin từ camera võng mạc trong thời gian thực hay không. Những con chip thần kinh đa hình tương lai có thể làm nên cuộc cách mạng hóa tính toán.

Gửi ý kiến của bạn
Tên của bạn
Email của bạn