Ein Forscherteam der Universitäten Oxford und Exeter in Großbritannien und der Universität Münster in Deutschland hat eine signifikante Durchbruch auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz durch die Entwicklung eines Mikrochips mit einer Schaltungsstruktur, die die einer Synapse im Gehirn nachahmt. Durch die Ingenieur-Chip-Struktur, um die physikalische Struktur des Gehirns zu emulieren, beabsichtigen diese Forscher, Rechensysteme Fähigkeiten zu gewähren, die Menschen für selbstverständlich halten, wie parallele Verarbeitung und eingebautes Lernen.
Im menschlichen Gehirn kommunizieren Neuronen miteinander, indem sie elektrochemische Signale über Lücken zwischen Nervenenden hin und her senden. Diese Lücken werden als Synapsen bezeichnet, und die Signale, die über sie gesendet werden, sind der Ursprung von allem, was wir denken, fühlen und tun.
Laut Professor Wolfram Pernice, Mitautor der Arbeit der Universität Münster, gibt es ungefähr 10,000 mal mehr Synapsen als Neuronen im Gehirn. Dies bedeutet, dass der synaptische Mechanismus in der Struktur der Schaltkreise des Computers repliziert werden muss, um einen Computer zu schaffen, der wie das menschliche Gehirn "denkt". Das ist genau das, was erreicht wurde.
Als ob dieses neuronale Design die potentielle Rechenleistung nicht massiv erhöhen würde, gibt es ein weiteres wichtiges Merkmal dieses Mikrochips - es ist photonisch, dh, es arbeitet mit Licht statt mit Elektrizität. Photonische Schaltkreise erhöhen aufgrund der inhärenten Lichtgeschwindigkeit exponentiell die Geschwindigkeit eines Computers relativ zu elektrischen Schaltkreisen. Photonische Chips verwenden auch einen Bruchteil der Energie, die herkömmliche Chips verwenden, wodurch sie effizienter werden und stärker.
"Wir haben die erste integrierte photonische Synapse der Welt vorgestellt, die ... der [wichtigste] Schritt für das photonische neuromorphe Rechnen ist", sagte Harish Bhaskaran, Professor für Angewandte Nanomaterialien an der Universität Oxford und Leiter dieses Forschungsteams.
Aber das ist nur der erste Schritt für die Forscher.
"Der nächste offensichtliche Schritt wäre ein photonisches Feuernetz und eine vollständige Architektur für das photonische neuromorphe Rechnen", sagte Bhaskaran. "Unsere Forschungskooperation möchte langfristig ... ganze Rechnerplattformen mit solchen Geräten aufbauen."
Mit anderen Worten, die Forscher planen den Aufbau einer ganzen Verarbeitungseinheit aus diesen photonischen Chips, die Übertragung von Signalen und Daten in der gleichen Weise wie Synapsen im Gehirn, aber in optischer und nicht in elektrischer Form. Um es einfacher zu machen, planen sie, einen ganzen Computer zu bauen, der das Gehirn nachahmt und mit der Lichtgeschwindigkeit arbeitet.
"Wir können uns viele Anwendungen in den Bereichen künstliche Intelligenz, Big Data und Internet der Dinge vorstellen, aber wir müssen betonen, dass [diese Technologie noch in ihren Anfängen steckt] - wir brauchen viel mehr Innovationen, um auf einem Chip zu berechnen, und bauen echte Analoga von Gehirn-inspirierten Computern wie On-Chip-Neuronen, etc. ", sagte Bhaskaran.
Während diese Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, ist es ein wichtiger Schritt zur Erschließung der Rechenleistung, von der die Wissenschaftler seit Jahrzehnten geträumt und theoretisiert haben.
Das vollständige Papier zu dieser Forschung kann gefunden werden hier.
Zengguang Cheng und Carlos Ríos von der Universität Oxford sowie Professor C. David Wright der Universität von Exeter, zu dieser Forschung beigetragen.
