Neuromorfni inženjering, dizajniranje i izrada računala koja hardverski i softverski oponašaju arhitekturu i funkcionalnost živog mozga, ubrzano napreduje od svojih konceptualnih početaka (1980-ih), preko prvih programabilnih neuralnih mreža (2006.) i prvih uređaja temeljenih na konceptu memristora (2012.), te IBM-ovog TrueNorth NPU (neural processing unit) iz 2014. i Intelovog neuromorfnog procesora Loihi iz 2017. godine.

Računalo za prepoznavanje dekoltea sestara Kardashian

Skoro istodobno s recentnom 'vrućom' objavom Muskovog Neuralinka o rezultatima dvogodišnjeg rada na elektronskim moždanim implantatima (ilustriranom sada već viralnom fotografijom laboratorijskog štakora s USB-C konektorom ugrađenim izravno u mozak),  Intel je prije dva dana s nešto manje medijskog spektakla službeno objavio novi 'kvantni skok' u području integracije neurologije i elektronike: PohoikiBeach, neuromorfni sustav velikih razmjera s 64 integrirana Loihi čipa ugrađena na nekoliko stackiranih Nahuku-boardova.

No, što su uopće neuromorfni kompjutori? Najjednostavnije rečeno, s jedne strane imamo konvencionalna računala bazirana na tradicionalnim čipovima koja operiraju binarnim nizovima što 'putuju' kroz optimizirane cjevovode, a vrhunski su učinkovita u zadacima koji su definirani konkretnim, binarnim, digitalnim vrijednostima; s druge strane pak, neuromorfni hardver obavlja izračune koristeći međusobno komunicirajuće umjetne 'neurone', čipove temeljene na memristorskim osnovama i uzajamno povezane u arhitekturu nalik živoj moždanoj neuralnoj mreži, rješavajući zadatke koji se zasnivaju na vjerojatnosti, procjenama, apstrakciji, fuzzy-logici i analognom inputu podataka.

Neuromorfni način rada je visoko specijaliziran i kao takav namijenjen za specifične aplikacije, baš poput prirodnih neurona čiju funkciju oponaša. To znači da konvencionalna računala u mnogim primjenama neće s vremenom biti zamijenjena PohoikiBeach sustavima ili njegovim računalnim nasljednicima, jer rješavaju posve različite zadatke na posve različite načine. Baš kao što ljudski mozak ne može korjenovati i logaritmirati brojke tako brzo i točno kako to radi najobičniji ručni kalkulator, tako ni najmoćnije klasično pipeline računalo ne može lako i brzo kao ljudski mozak savladati jednostavan zadatak poput onog 'od ponuđenih slika označi one koje prikazuju lijevi side-boob Khloé Kardashian“.

Petsto posto više za pedeset puta bolje

Namjena neuromorfnog hardvera je rješavanje zadataka kakvi su postavljeni pred žive, organske mozgove koji su u njihovom rješavanju učinkovitiji od uobičajenih procesora ili GPU-ova. Prepoznavanje vizualnih objekata (lica, novčanica, predmeta) je možda najrašireniji zadatak u kojem se neuronske mreže ističu, ali ima i drugih primjera, poput 'ugradnje' kinestetičke inteligencije (prepoznavanja ravnoteže, statike i dinamike pokreta) u proteze za osobe s amputiranim udovima ili prepoznavanje osjeta dodira na umjetnoj koži na način sličan onome kako bi ga čovjek mogao prepoznavati ili pak nešto naizgled jednostavnije, ali u stvarnosti vrhunski složeno: koordinacija vida, refleksa i motorike, kao što je robotsko igranje stolnog nogometa ili stolnog tenisa protiv živog protivnika.

Svaki pojedini Loihi, temeljni čip na kojem se temelji PohoikiBeach, sastoji se od 130.000 neuronskih analoga (mikroskopskih čipova koji grade neuralnu mrežu), što je otprilike jednako polovici neuralnog kapaciteta drozofile, voćne mušice. PohoikiBeach je fizički i funkcionalno građen od stackiranih Nahuku-ploča s integriranih 64 Loihi čipa, čija uzajamna kombinacija i neuronsko-mrežna komunikacija funkcionalno daje radno-memorijsku snagu 8 milijuna neurona, što je ravno moždanom kapacitetu ciprinide, akvarijske ribice.

Zbog neuronskog, mrežnog načina distribucije i obrade podataka, procesorski resursi se koriste racionalnije i brže: Loihi čip ima 110 puta manju potrošnju energije pri rješavanju grafički orijentiranih zadataka u usporedbi sa 'klasičnim' GPU-om, te pet puta manju potrošnju energije u odnosu na specijalizirani 'Internet-of-Things' (IoT) hardver. Štoviše, kada se integracijom više Loihi čipova u skalabilni sustav kakav je PohoikiBeach računalna snaga poveća 50 puta, Loihi i dalje uspijeva rješavati rezultate u realnom vremenu koristeći samo 30 posto više snage, dok 50 puta ojačano  IoT sklopovlje koristi 500 posto više snage i svejedno više ne uspijeva rješavati zadatke u realnom vremenu.

Skalabilnost - kvaliteta više od sirove snage

No, ono što je još zanimljivije od 'sirove' računalne snage i energetske racionalnosti nove neuronske mreže jest njezina skalabilnost, odnosno potencijal za proširivanje i nadogradnju. Skalabilnost nije novost, no za razliku od klasične pipeline-based računalne arhitekture, neuromorfna računalna skalabilna komponenta se unutar većeg sustava i dalje ponaša kao dio neuralne mreže, što znači da se skalabilnim povezivanjem više neuromorfnih računala ukupna računalna snaga ne povećava na linearnoj nego eksponencijalnoj skali.

Dok je Loihi čip bio prvi, a PohoikiBeach sustav drugi korak Intelovog modela razvoja optimizacije procesa, treći korak će biti još složenija skalabilna integracija Loihi / Pohoiki arhitekture u veći sustav koji je već nazvan PohoikiSprings, a trebao bi biti predstavljen krajem ove godine.

U ovom trenutku je neuromorfni dizajn računalne arhitekture - službeno uzevši - još uvijek u fazi istraživanja, ali najava novih daljnjih Intelovih projekata, kao i slični projekti koje ubrzano razvija konkurencija (prvenstveno IBM i Samsung), trebali bi postaviti čvrste temelje za zdravu tržišnu utakmicu i komercijalizaciju naprednih skalabilnih mikro računala temeljenih na arhitekturi neuralnih mreža, s velikim potencijalom za integraciju strojeva sa živim, moždanim tkivom.

Dodajmo tome i još jedan znanstveni 'breaking news' da su znanstvenici instituta u Surreyu i Sveučilišta Harvard prije par dana u časopisu Nature Nanotechnology objavili rad o korištenju ultra-malenih nano-sondi koje se unose u sâm neuron i koriste se za unutarstanično snimanje neuronskih impulsa, a već u ovom prototipnom obliku imaju kapacitet za višekanalno snimanje električnih aktivnosti mozga i bežično slanje signala. Dakle, dok Musk i njegova ekipa u tajnosti rade na elektronskim implantatima u organ (mozak), drugi timovi rade na nanoimplantatima u stanice (neurone).

Sve u svemu, pred nama su vrlo uzbudljiva neuromorfno-nanotehnološka računalna događanja, pa možemo vrlo realno očekivati da će se u onaj Elonov štakorski mozak preko USB-C utičnice uskoro 'uštekati' neko zaista moćno neuromorfno računalo. A potom... što bude, bude.

^{Igor „Doc“ Berecki je pedijatar-intenzivist na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Od posla se opušta antistresnim aktivnostima: od pisanja svojevremeno popularnih tekstova i ilustracija u tiskanom izdanju časopisa BUG, crtkanja grafika i dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, te fejsbučkog blogiranja o craft-pivima, životnim neistinama i medicinskim trivijama, sve do pasioniranog kuhanja posve probavljivih jela i sviranja slabo probavljivog bluesa.}