Al onze moderne computers zijn gebaseerd op een concept van al een halve eeuw geleden. Chipontwerpers hebben nu een nieuwe chip ontwikkeld die radicaal anders werkt, namelijk gebaseerd op de architectuur van een menselijk brein. De chip blijkt veel meer rekencapaciteit te hebben dan een traditionele chip van vergelijkbare grootte. Is dit het geheim van de opmerkelijke efficiëntie van het menselijk brein?
In deze chip kunnen alle neuronen in principe met elkaar communiceren. De chip versloeg conventionele computers van vergelijkbare grootte al op veel terreinen.
Alle digitale computers die tegenwoordig op de markt zijn, werken volgens hetzelfde principe. Ze bestaan uit een processor, een werkgeheugen en een klok. Bij elke rekenstap laadt de processor een ‘woord’, bestaande uit een rijtje enen en nullen, van een stapel (stack) in het werkgeheugen en voert hier een bewerking op uit. Het resultaat wordt weer teruggeplaatst in het werkgeheugen. Dit ontwerp bleek erg succcesvol – vrijwel elke computer werkt er mee – maar kent een aantal grote nadelen. Zo lopen alle bewerkingen via de processor. Deze processor is zwaar overbelast en gebruikt heel veel energie. We lopen nu dan ook steeds mee tegen de beperkingen van de bestaande computerarchitectuur aan.
Menselijk brein
Ons brein kan net als encomputer informatie verwerken. Alleen werkt ons brein radicaal anders dan een computer. Zo bestaat ons brein uit miljarden rekeneenheden – neuronen, een type zenuwcellen – die onderling verbonden zijn met een gedetailleerd web van dwarsverbindingen. Elk neuron verwerkt zowel informatie als slaat informatie op. Neuronen communiceren onderling weliswaar traag, maar omdat het er zo ontzettend veel zijn, en elk neuron tegelijkertijd werkt, kan ons brein van nog geen anderhalve kilo toch in veel opzichten grotere prestaties leveren dan een moderne supercomputer. Geen wonder dat computerwetenschappers nu proberen deze structuur in hardware na te bouwen.
Neuronische chip
Karlheinz Meier van de universiteit van de Duitse stad Heidelberg heeft nu met een aantal collega’s een chip ontwikkeld, Spikey, die vierhonderd ‘neuronen’ kent. Een neuron in ons brein werkt met een voltage over de celwand. De kunstmatige neuronen in deze chip bestaan uit condensatoren, elektronische onderdelen die lading opslaan. Overschrijdt de lading in de condensator een bepaalde grenswaarde, dan begint deze lading te stromen – een ‘puls”. Zo werken onze neuronen ook. Inderdaad is in deze chip gedrag aangetroffen dat ook bekend is van kluitjes hersenweefsel in het laboratorium. Nog interessanter is dat dit circuit zelf kan leren. Dit ten koste van een zekere onvoorspelbaarheid. Op dit moment wordt gewerkt aan circuits met honderdduizenden neuronen, uiteindelijk gevolgd door voldoende kleine neuronen, gestapeld, om de visuele cortex van een rat te simuleren. Uiteindelijk een menselijk brein op een chip?
Bron
Thomas Pfeil et al., Six networks on a universal neuromorphic computing substrate, ArXiv (2012)
