At bygge computere, som vores hjerner fungerer

Vi nærmer os grænsen for, hvor meget flere mikroprocessorer der kan udvikles. Gunnar Tufte foreslår at bygge computere på en helt ny måde, inspireret af den menneskelige hjerne og nanoteknologi.

Gunnar Tufte er professor i computerteknologi, men hans forskning har ført ham i nogle overraskende retninger. Han er nu leder af et projekt, der gentænker, hvordan morgendagens computere skal bygges – inspireret af neurovidenskab og fysik.

Tufte kalder computere for et mirakel i den moderne verden, men tror, ​​at deres transistorer nærmer sig pensionsalderen.

"Det er tid til at nytænke computere. I princippet de bliver stadig bygget på samme måde som de blev for 60-70 år siden, siger Tufte.

Tufte mener, at den menneskelige hjernes struktur kan inspirere arkitekturen til fremtidens computere:selvorganiserende og bygget af utraditionelle materialer.

Han taler ikke om en cyborg, som er en blanding af teknologi og biologi.

I over 50 år har mikroprocessorhastigheder er fordoblet hvert andet år. Tufte mener, at det ikke vil være muligt at holde det aggressive tempo meget længere. Reduktion af antallet af komponenter gør maskinerne upålidelige. At øge antallet af dele gør dem energikrævende. Et typisk datacenter bruger lige så meget strøm som 40.000 husstande, og maskinernes stigende kompleksitet gør dem for dyre at fremstille.

Se til hjernen

NTNU-professoren mener, at hjernen har egenskaber, som computere burde have.

"Hjernen yder stabil ydeevne, selvom delene er ustabile, det kræver meget lidt energi og har en selvorganiserende designproces. Hvis vi formår at overføre egenskaber som disse fra neurale netværk til computere, vi vil være i stand til at revolutionere den måde, vi laver computere på, " han sagde.

Tufte forklarer, at hjernen udfører mange af de samme opgaver, som en computer gør:den behandler information, udøver kontrol og har hukommelse. Men strukturen er helt anderledes. Hjerneceller er selvorganiserende, og de laver deres egen arkitektur og tilpasser sig konstant, uden nogen overordnet plan, han sagde.

"En celle er både konstrueret og konstruktør. Neurale netværk er komplekse, men starter simpelt. Organismen tilpasser sig miljøet og verden. Når vi konstruerer maskiner er det modsat, " sagde han. "Vi bygger en computer af dele, der er præcist planlagt og produceret, og de er samlet efter en stor plan for at udføre en bestemt opgave. Maskinen er kompliceret fra starten, men har ikke evnen til at udvikle sig."

Kunsten at lære

Og hvorimod vi skal programmere en computer til at udføre nye opgaver eller tilpasse os andre teknologier, hjernen har evnen til at lære.

Han siger, at konstruktionen af ​​denne type computer vil kræve helt anden hardware, end der bruges i nutidens maskiner, en idé, der forfølges i et femårigt forskningsprojekt, der slutter i 2022, delvist finansieret af Norges Forskningsråd kaldet SOCRATES.

Nanomagneter kan tilbyde en tilgang, for eksempel.

"Magneter er nemme at lave, og de er nemme at skalere, fordi de er så enkle og kræver lidt energi. Ved at muliggøre selvorganisering, vi er ikke afhængige af den enkelte komponent. En eller flere komponenter kan afvige uden at resultatet er forkert, " han siger.

Nanomagneter er allerede her

Nanomagneter er blevet produceret i NTNU Nanolab, og Tufte og hans gruppe kører simuleringer af, hvordan magneter kan opføre sig på en selvorganiserende måde.

Forskerne samarbejder med kolleger på ETH i Schweiz, University of Sheffield, universitetet i Gent, Oslo Metropolitan University og University of York. Interessen for at finansiere forskning i alternativer til siliciumprocessoren har taget fart i de sidste fem til seks år, siger Tufte. Internationalt aktuel forskning omfatter brug af kulstof nanorør og forskellige molekylære løsninger.

Ignorerer små fejl

Men hvordan kan resultaterne være korrekte, hvis hardwaren får lov til at fejle?

"Fejl opstår, når du skalerer ned. Så du skal kompensere med teknologi, der vil opdage fejl. På et tidspunkt, du ender med at bruge flere ressourcer på at opdage fejl end at løse problemet. Hjernen har en underliggende selvorganisering, der ikke afhænger af, om en enkelt hjernecelle er pålidelig. Vi skal prøve at kopiere det, siger Tufte.

Tufte siger, at verden helt sikkert ville overleve, selvom nutidens computere ikke bliver mere kraftfulde, men at udvikling af mere effektive computere har klare miljømæssige konsekvenser, oven i alt det andet.

"Vi ville undgå at implodere planeten. Men indvirkningen på økonomi og politik ville være enorm. Alt er baseret på vækst. Personligt, Jeg ville se det som en kæmpe fordel, hvis væksten stoppede. Vi skal reducere forbruget, siger Tufte.