Дар ин соҳаи илмҳои компютерӣ, олимон майнаро моделсозӣ мекунанд, то компютерҳоро тезтар ва самараноктар кунанд. Дар тӯли чанд даҳсолаи охир мо шоҳиди инқилоби технологӣ будем, ки тавассути эҷоди протсессорҳои компютерӣ дар асоси кремний ва дигар маводи нимноқил ба амал омадааст.
Компютерҳо як вақтҳо андозаи тамоми ҳуҷраҳо буданд, аммо аз он вақт ба микросхемаҳои ягона кам карда шуданд. Қонуни Мур, консепсияе, ки Гордон Мур дар соли 1965 барои тавсифи мушоҳидаи он, ки шумораи ҷузъҳо дар як чипи муттаҳидшуда дар ҳар ду сол дучанд мешавад ва боиси тезтар тезтар компютерҳо мешавад, қувваи пешбарандаи ин тамоюл буд.
Аммо бо сабаби пешрафт дар компютерҳо, роботҳо, интернети ашё (IoT) ва мошинҳои интеллектуалӣ талабот ба ҳисоббарорӣ афзоиш меёбад, саноати нимноқилҳо ба ҷое расидааст, ки минбаъд микросхемаҳои компютериро миниатюрӣ кардан ғайриимкон аст. Дар асл танҳо транзисторҳои зиёде мавҷуданд, ки метавонанд дар як чип ҷойгир шаванд.
Дар натиҷа, донишмандони компютер ба як равиши комилан нав ба ҳисоббарорӣ рӯ меоранд, ки бо номи "роёниши нейроморфӣ" маъруф аст, ки дар он компютерҳо барои кор кардан ба майнаи инсон ва мутақобила бо ҷаҳони беруна тарҳрезӣ шудаанд.
Ин соҳаи омӯзиш маъруфият пайдо мекунад ва марҳилаи бунёдии эҷоди сахтафзори компютерӣ ва системаҳои зеҳни сунъӣ ҳисобида мешавад. Мо ҳама чизро дар бар мегирем, ки шумо дар бораи ин соҳаи рушдёбанда донед ва он барои ояндаи илми информатика чӣ маъно дорад.
Майна чӣ гуна маълумотро коркард ва нигоҳ медорад?
Пеш аз гузаштан ба дастгоҳҳои нейроморфӣ ва татбиқи онҳо, беҳтар аст, ки падидаи биологиро, ки ин соҳаро бармеангезад, муҳокима кунед (пластикии синаптикӣ). Ин қобилияти фавқулоддаи майнаи инсон барои тағир додан ва мутобиқ шудан ба иттилооти нав аст. Барои дуруст бахо додан ба ин мо бояд пеш аз хама кори асосии «маркази хисоббарор»-и худамонро мухокима кунем.
Ҳуҷайраҳои паёмнависии майна нейронҳо номида мешаванд. Ҳамаи онҳо ба шарофати синапсҳо, сайтҳои пайвасткунанда, ки ҳамаро дар як шабакаи васеъ мепайвандад, ба ҳам пайвастанд, ки тавассути он импулсҳои электронӣ ва сигналҳои химиявӣ интиқол дода мешаванд. Онҳо бо истифода аз "хӯшаҳо" муошират мекунанд, ки таркишҳои кӯтоҳи барқ мебошанд, ки дарозии миллисония мебошанд.
Хотира дар компютер метавонад танҳо тавассути илова кардани ҳуҷайраҳои хотираи бештар зиёд карда шавад, аммо дар майна хотираҳо тавассути таҳкими робитаҳои байни нейронҳо ва эҷоди пайвастҳои нав тавлид мешаванд. Вақте ки ду нейрон ба ҳамдигар зичтар пайваст мешаванд, мо гуфта метавонем, ки вазни синаптикии синапси пайвастшуда меафзояд. Тақрибан 10 дар майнаи мо12 Нейронҳо мавҷуданд ва онҳо бо ҳам пайвастанд 10.15 Онҳо тавассути синапсҳо муошират мекунанд. Ин робитаҳо ва дараҷаи иртиботи байни онҳо бо мурури замон ва миқдори ангезаҳо ё хушаҳои қабулшуда тағйир меёбанд, то майна ба муҳити тағйирёбанда мутобиқ шавад, хотираҳоро ташаккул диҳад ва нигоҳ дорад.
Фаҳмидани потенсиатсия ва депрессия, ду механизми калидии пластикии синаптикӣ, ки пайвастагиҳои синаптикӣ тадриҷан мустаҳкам ё заиф мешаванд ва дар омӯзиш ва хотира нақши муҳим мебозанд, муҳим аст. Ин дар ҳама гуна вақт аз сонияҳо то соатҳо ё бештар аз он имконпазир аст.
Хӯшаҳои басомади баландтар, аз қабили онҳое, ки ҳангоми омӯхтани малакаи нав ба вуҷуд меоянд, тахмин карда мешаванд, ки бо рушди хотираи дарозмуддат тавассути таҳким ё таҳкими синапсҳои муайян алоқаманданд. Аз тарафи дигар, ангезаҳои басомади паст боиси депрессия ва дар натиҷа суст шудани алоқа (ё вазни синаптикӣ) дар пайванди дахлдори синаптикӣ мегардад, ки ба фаромӯш кардани чизи омӯхташуда монанд аст.
Бояд қайд кард, ки ин як каме соддатар аст ва тавонмандӣ ва афсурдагӣ на танҳо аз басомади зарбаҳо, балки аз вақт низ вобаста аст. Масалан, вақте ки бисёре аз нейронҳо дар як вақт ба синапс хӯшаҳо мефиристанд, вазни синаптикӣ назар ба пай дар пайи импулсҳо тезтар меафзояд.
Муҳаққиқон бояд берун аз қуттӣ фикр кунанд, то ин равандро дидаву дониста тақлид кунанд, зеро он хеле мураккаб ва мураккаб аст.
Компютери нейроморфӣ чӣ гуна кор мекунад?
Меъмории фон Нейман, ки барои сохтани компютерҳои муосир истифода мешуд, ба ғояҳое асос ёфтааст, ки бори аввал дар солҳои 1930-ум Алан Тюринг таҳия кардааст. Ин конфигуратсия ҷудо нигоҳ доштани хотира ва воҳидҳои коркарди маълумотро талаб мекунад, ки ин корро суст мекунад, зеро маълумот бояд байни онҳо ба пеш ва пеш фиристода шавад ва қувваи бештарро сарфи нолозим мекунад.
Компютерҳои нейроморфӣ, аз тарафи дигар, меъмории чипҳоро истифода мебаранд, ки ҳисоб ва хотираро дар як ҷузъи ягона муттаҳид мекунанд. Дар робита ба таҷҳизот, ин соҳа васеъ шуда истодааст ва тарҳҳои нави муосир, маводҳои гуногун ва қисмҳои нави компютерро дар бар мегирад.
Муҳаққиқон аз саросари ҷаҳон барои эҷод кардани шабакаҳои синтетикии нейронҳо ва синапсҳо кор мекунанд, ки чандирии майнаро бо истифода аз маводи органикӣ ва ғайриорганикӣ тақлид мекунанд. Аксари компютерҳои бузурги нейроморфӣ, ки ҳоло мавҷуданд, аз қабили IBM TrueNorth, Intel Loihi ва BrainScales-2, транзисторҳоро дар асоси технологияи исботшудаи нимноқилҳои оксиди металлӣ истифода мебаранд.
Компютерҳои Фон Нейман аксар вақт транзисторҳоро ҳамчун яке аз блокҳои электронии бино истифода мебаранд. Садҳо намудҳои гуногуни транзисторҳо мавҷуданд, ки маъмултарин транзистори нимноқилҳои оксиди металлӣ ё MOSFET мебошанд. Онҳо пеш аз ҳама ҳамчун коммутатор (ва то андозае як пурқувваткунанда) барои ҷараёнҳои барқ дар дохили чипи компютер кор мекунанд.
Ин имкон медиҳад, ки ҳар як транзистор дар ҳолати фаъол ё хомӯш бошад, ки ба дуӣ 1 ё 0 баробар аст ва ҷараёнро пешгирӣ мекунад ё имкон медиҳад, ки он дар ҳарду ҳолат мавҷуд бошад. Ин принсипи корӣ нигоҳдорӣ ва коркарди иттилоотро бениҳоят осон мекунад, аз ин рӯ ҳуҷайраҳои хотираи электронӣ ва дарвозаҳои мантиқӣ ба ҷузъҳои муҳими ҷаҳони рақамии мо табдил ёфтаанд.
Аммо, сигналҳои электрикӣ дар майнаи мо на танҳо 0 ва 1 мебошанд. Масалан, робитаи байни синапсҳо метавонад "вазн" ё зичии гуногун дошта бошад.
Барои тақлид кардани ин дар компютери нейроморфӣ асбобҳои зиёде сохта шудаанд. "Қабати фаъол", ки сигналро байни воҳидҳо модул мекунад, ба як навъи транзистори нимноқилӣ, ки ҳамчун транзистори синаптикии полимерӣ маълум аст, дохил карда шудааст. Ба ноқилӣ ва бинобар ин баромади сигнал ба таркиби хоси полимери ноқилӣ, ки барои ташаккули ин қабат истифода мешавад, таъсир мерасонад.
Вақте ки ба воситаи транзисторҳо басомади муайяни шиддат татбиқ карда мешавад, қабати фаъол тағир меёбад, ки боиси депрессия ё пурқувватшавии сигнали электрикӣ мегардад, ки бо суръатҳои фаъолияти майна муқоиса карда мешавад. Ин аст, ки чӣ тавр пластикӣ ба вуҷуд меояд ва ҳар як хӯша маълумоти ададӣ дар бораи басомад, вақт, андоза ва шакл дорад. Шишаҳоро ба арзишҳои дуӣ ва баръакс табдил додан мумкин аст, аммо раванди дақиқи ин кор дар ҳоли ҳозир мавриди таҳқиқ қарор дорад.
Тадқиқотчиён дар бораи роҳҳои афзояндаи эҷодии тақлид кардани сохтори майна бо истифода аз ҷузъҳои сунъӣ, аз қабили мемристорҳо, конденсаторҳо, дастгоҳҳои спинтронӣ ва ҳатто баъзе кӯшишҳои ҷолиб барои анҷом додани ҳисоббарории нейроморфӣ бо истифода аз занбӯруғҳо гузориш доданд. Таҷҳизоти нейроморфӣ на танҳо бо транзисторҳо маҳдуд аст.
Компютери нейроморфӣ чӣ гуна барномарезӣ карда мешавад?
Шабакаҳои нейронҳои сунъӣ (ANN) аз ҷониби компютерҳои нейроморфӣ барои иҷрои вазифаҳои ҳисоббарорӣ аксар вақт истифода мешаванд. Шабакаҳои нейронӣ (SNN), яке аз вариантҳои зиёди ANN, таваҷҷӯҳи хоса доранд, зеро онҳо дар нейронҳои синтетикӣ сохта шудаанд, ки бо ҳамдигар тавассути мубодилаи сигналҳои электрикӣ бо номи "хӯшаҳо" ҳамкорӣ мекунанд ва вақтро ба моделҳои худ дохил мекунанд. Дар натиҷа, ин системаҳо энергияи камтарро истифода мебаранд, зеро нейронҳои сунъӣ танҳо вақте иттилоотро пахш мекунанд, ки шумораи умумии хӯшаҳои қабулкардаи онҳо аз ҳадди муайян зиёд аст.
Пеш аз он ки шабака ба кор шурӯъ кунад, он бояд барномарезӣ карда шавад ё ба ибораи дигар, омӯхта шавад. Ин тавассути додани далелҳо, ки ӯ метавонад аз он истифода барад, анҷом дода мешавад. Стратегияи омӯзиш вобаста ба намуди ANN метавонад фарқ кунад. Масалан, агар шабака барои шинохти гурбаҳо ва сагҳо дар аксҳо омӯзонида шавад, ҳазорон тасвирҳоро метавон бо барчаспҳои "гурба" ё "саг" таъмин кард, то субъектро дар кори оянда мустақилона эътироф кунад. Идоракунии ранги ҳар як пиксел дар тасвир ҳисобҳои ниҳоят заҳматталабро барои муайян кардан талаб мекунад.
Андозаи васеи ANN вуҷуд дорад ва кадоме аз онҳоро истифода бурдан аз ниёзҳои корбар вобаста аст. Гарчанде ки SNN-ҳо аз сабаби истеъмоли ками қувваи барқ ҷолибанд, онҳо одатан аз сабаби динамикаи мураккаби нейронӣ ва табиати нофаҳмо будани равандҳои пошидан душвор аст.
Компютерҳои нейроморфӣ дар куҷо истифода мешаванд?
Ба гуфтаи коршиносон, дастгоҳҳои нейроморфӣ на иваз кардани таҷҳизоти анъанавии компютериро, бахусус вақте ки сухан дар бораи ҳалли баъзе мушкилоти технологӣ меравад, пурра хоҳад кард. Дар ҳоле ки иддао вуҷуд дорад, ки компютерҳои нейроморфӣ метавонанд мантиқи булӣ, як идеяи бунёдӣ дар ҳама забони барномасозии муосирро тақлид кунанд, ин аз он шаҳодат медиҳад, ки компютерҳои нейроморфӣ метавонанд компютерҳои таъиноти умумиро иҷро кунанд.
Дар ҳар сурат, соҳаҳо ва барномаҳое, ки майна аз компютерҳои анъанавӣ аз ҷиҳати самаранокии энергия ва суръати ҳисоббарорӣ бартарӣ дорад, компютерҳои нейроморфӣ хеле таъсирбахш хоҳанд буд.
Инҳо татбиқи зеҳни сунъӣ (AI) барои иҷрои самараноки вазифаҳои маърифатӣ, аз қабили идентификатсияи овоз ё тасвир, инчунин кушодани имкониятҳои нав барои робототехника, ҳиссиёт ва ҳифзи саломатиро дар бар мегиранд (ба якчанд номҳо).
Гарчанде ки ин мавзӯъ ҳанӯз дар марҳилаи ибтидоӣ қарор дорад ва монеаҳои бартараф кардани онҳо вуҷуд доранд, роёниши нейроморфӣ торафт маъмул шуда истодааст ва алтернативаи қобили мулоҳиза ба системаҳои анъанавии компютериро пешниҳод мекунад.
Манбаъ: advancedsciencenews
Günceleme: 14/03/2023 15:25