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Una mejor manera de construir chips inspirados en el cerebro
Los memristores, dispositivos electrónicos exóticos cuya existencia se confirmó solo en 2008, se han utilizado para crear un chip que toma prestados puntos de diseño del cerebro. El chip prototipo no aprendió a hacer nada más difícil que reconocer patrones en blanco y negro extremadamente simples. Pero las versiones más grandes y complejas podrían hacer que las computadoras comprendan mejor el habla, las imágenes y el mundo que las rodea.
Este circuito puede aprender a reconocer patrones simples en blanco y negro, gracias a dispositivos llamados memristores ubicados en cada lugar donde se cruzan los cables.
El circuito del chip, construido por investigadores de la Universidad de California, Santa Bárbara y la Universidad de Stony Brook, procesa los datos no con circuitos lógicos digitales, sino con elementos que imitan, de forma simplificada, las neuronas y las sinapsis de los cerebros biológicos. Cuando una red como esa se expone a nuevos datos, aprende a medida que las sinapsis que conectan las neuronas ajustan la influencia de las neuronas entre sí.
Las versiones de software de las redes neuronales artificiales han existido durante mucho tiempo, y las más grandes recientemente han producido avances en el reconocimiento facial y de voz de compañías como Google y Facebook (consulte 10 Tecnologías innovadoras 2013: aprendizaje profundo). Pero tales redes neuronales simuladas gravan a las computadoras convencionales. Un experimento de Google en el que una gran red neuronal aprendió a reconocer gatos a partir de imágenes de YouTube se ejecutó en 16 000 procesadores durante tres días. La construcción física de una red neuronal en un chip podría hacer que este tipo de procesamiento de información sea mucho más eficiente y práctico. Dichos chips podrían permitir que los robots móviles, por ejemplo, se vuelvan mucho más inteligentes.
Ya se han fabricado chips inspirados en el cerebro, o neuromórficos, e IBM está tratando de comercializarlos (ver Thinking in Silicon). Por lo general, utilizan los mismos transistores de silicio y circuitos digitales que componen los procesadores de computadora ordinarios. Pero esos componentes digitales no son adecuados para imitar las sinapsis, dice Dmitri Strukov , profesor asistente de la Universidad de California, Santa Bárbara, quien dirigió el trabajo en el nuevo chip memristor. Se necesitan muchos transistores y circuitos digitales para representar una sola sinapsis. Por el contrario, cada una de las 100 o más sinapsis en el chip UCSB se representa usando un solo memristor.
Una sinapsis [biológica] es un dispositivo de memoria analógica, y realmente no hay una buena manera de implementar eso de una manera compacta y eficiente en energía con la tecnología convencional, dice Strukov. Los memristores por sí mismos son un dispositivo de memoria analógico; es una combinación perfecta.
El nuevo chip se describe hoy. en un papel en el diario Naturaleza . En un comentario relacionado sobre el trabajo, Roberto Legenstein , profesor asociado de la Universidad Tecnológica de Graz en Austria, escribió: Si este diseño se puede escalar a redes de gran tamaño, afectará el futuro de la informática... Las computadoras portátiles, los teléfonos móviles y los robots podrían incluir chips neuromórficos de ultra bajo consumo que procesar información visual, auditiva y otros tipos de información sensorial.
El memristor fue predicho matemáticamente en 1971 por Leon Chua, profesor de electrónica en la Universidad de California, Berkeley. Se declaró encontrado en 2008, cuando los investigadores de Hewlett-Packard, incluido Strukov, fabricaron dispositivos simples cuya resistencia eléctrica codificaba una especie de memoria de la corriente que habían experimentado antes, justo la propiedad que Chua había predicho (ver HP Rewires Electronics). Inmediatamente se vio que los dispositivos tenían el potencial de usarse para un almacenamiento de datos más denso y para crear redes neuronales de hardware.
HP y el fabricante de memorias SK Hynix comenzaron a intentar comercializar el almacenamiento de datos Memristor en 2010; HP está apostando a que la tecnología hará posible redefinir radicalmente la arquitectura básica de las computadoras (ver Machine Dreams). Pero hasta ahora, nadie había creado un chip de red neuronal construido solo con memristores, dice Strukov. Su grupo desarrolló formas de controlar el proceso de fabricación de memristores para producir dispositivos más fiables que los que se habían fabricado antes, dice.
El chip simple del grupo UCSB es solo una prueba de concepto, pero los investigadores creen que sus técnicas se pueden ampliar para fabricar dispositivos más grandes y potentes. Strukov dice que la tecnología podría recibir ayuda de los esfuerzos que empresas como HP y SK Hynix están haciendo para comercializar memristores para el almacenamiento de datos.