Készül a biológiai elvű processzor – Mesterséges intelligencia valóságos alapokon

 A mesterséges agy biológiai metaforája – a nyilvánvaló asszociációra építve – már a számítástechnika 1940-es évekbeli h?skorában megjelent. Az els? számítógépeket – szobányi méret? behemótokat – „óriási” vagy „elektronikus” agyakként emlegették a korabeli szalagcímekben és a mindennapi beszédben egyaránt. És ahogy a számítógépek egyre több, emberek által végzett tevékenység elvégzésére váltak alkalmassá – így például megtanultak sakkozni -, meghonosodott a „mesterséges intelligencia” fogalma.


A repül?gépek nem verdesnek a szárnyaikkal

Jóllehet a metafora biológiai jelleg?, a mesterséges intelligencia kidolgozására irányuló törekvés nem a biológusok, hanem a mérnökök érdeme. Ahogy a beszédfelismerés területén úttör? szerepet játszó Frederick Jelinek fogalmazott: „a repül?gépek nem verdesnek a szárnyaikkal”.
Mindazonáltal a biológiai elvek is egyre inkább teret nyernek az informatikában. A szemlélet szükségszer? megváltozását a neurológia és a számítástudomány fejl?dése eredményezte.
Belátható távolságnyira került a hagyományos számítógépes tervezés fizikai korlátainak lebontása – még ha nem is a napokban valósul meg, de elég hamar számítani lehet rá. A nanoáramkörök sokkal tovább nem zsugorodhatnak, a mai, csúcsra járatott chipek túlmelegszenek, ez pedig fékezi az áramkörök fejlesztéseit. Annál közelebb kerülünk ezekhez határértékekhez, minél inkább növekszik a számítási kapacitás iránti igény az érzékel?k, az online kereskedelem, a közösségi hálózatok, a videostreamek, a vállalati és kormányzati adatbázisok új és egyre nagyobb számú digitális adatainak feldolgozására és hasznosítására.
Ahhoz, hogy meg lehessen felelni ezeknek az újszer? kihívásoknak – a világ energiatartalékainak elherdálása nélkül – egészen más megközelítésre lesz szükség. És a tudósok szerint a biológia készen áll arra, hogy a metaforaszerepnél nagyobb mértékben járuljon hozzá a megoldáshoz. „Minden alkalommal, amikor eljutunk idáig, a biológia nyújt támpontot ahhoz, hogyan kell közelíteni a számítástechnika határaihoz” – nyilatkozta a The New York Timesnak John E. Kelly, az IBM kutatási igazgatója.

Elég 20 wattnyi energia

Kelly a Watsonra utalt: a cég számítógépe a Legyen Ön is milliomos! amerikai változatában két korábbi – emberi – bajnokot is legy?zött. Igaz, m?ködéséhez 85 000 wattnyi energiára van szüksége, míg az emberi agy beéri mindössze 20 wattal is – vagyis „jól ki van találva” az evolúció.
Az egyetemi és vállalati laboratóriumokban világszerte számos, a biológia inspirálta kutatást végeznek a számítógépes szakemberek. De ezek között is megkülönböztetett érdekl?désre tarthat számot az, amelyikben az IBM kutatói mellett négy egyetem – a Cornell, a Columbia, a Wisconsini és a Kaliforniai Egyetem – szakemberei vesznek részt.
Az informatikusok és a neurológusok együttm?ködésével megvalósuló program három évvel ezel?tt kezd?dött, és igen biztató eredményeket produkál, olyannyira, hogy ezt tavaly augusztusban a DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency – a Pentagon kutatási ügynöksége) újabb 21 millió dollárnyi finanszírozási forrás rendelkezésre bocsátásával ismerte el. Így a projekt támogatottsága összesen már 41 millió dollárnál tart.

Neuroszinaptikus mikroprocesszor

Az elmúlt hónapokban a csapat kifejlesztette a „neuroszinaptikus” mikroprocesszor prototípusát, amely már jóval inkább a neuronokhoz és a szinapszisokhoz hasonlóan m?ködik, mint a hagyományos félvezet?khöz.
A projekt tapasztalatai megmutatták, hogy milyen tervezési elveket, koncepciókat és technikákat érdemes kölcsönözni a biológiától a számítástechnika határainak kitágításához, és azt is, hogy mit nem lehet alkalmazni, vagy minek nincs értelme. Kezdetben a program vezet?je – Dharmendra S. Modha, az IBM kutatója – úgy határozta meg a kutatás célját, hogy a mérnököknek az emberi agy felépítésének, funkciójának és m?ködésének elemzésével, egyfajta „fordított mérnöki tevékenységgel” (reverse-engineering) kell modellezniük a gondolkodás technológiai alapjait. A projekt szuperszámítógépes szimulációkkal indult, amelyekkel az állati agy összetettségér?l kívántak mintát szerezni – el?ször egy macskáéról, majd egy majoméról. A tudományos világ blogjaiban és online fórumaiban néhány neurológus azonban élesen bírálta az IBM-et, amiért túlzott követeléseket és célokat támasztott a programmal szemben, amelyeket az nem valósíthat meg.
Mostanság az IBM San José-i Almaden Kutatóközpontjában nem sok szó esik az emberi aggyal kapcsolatos reverse-engineeringr?l. Ugyanakkor a sz?k id?kerettel meghatározott nagy ív? célkit?zések – magyarázta Modha – akkor is részei maradnak a kutatásnak, ha a velük kapcsolatos kommunikáció korábban túlzásokat és félreérthet? elemeket tartalmazott.
„Azt eldönteni, hogy merre ne menjünk, ugyanolyan fontos, mint azt, hogy merre igen – szögezte le. – Nem próbáljuk meg reprodukálni az emberi agyat, hiszen ez lehetetlen: egyszer?en nem tudjuk, hogyan m?ködik.”

Öntanuló technológia

A tudományágakon átível? párbeszéd és vita mindazonáltal segített meghatározni a kutatások irányát a DARPA által kit?zött céloknak megfelel?en: a technológiának önszervez?nek kell lennie – tehát képesnek kell lennie a tanulásra, nem csupán reagálni a hagyományos programozási parancsokra -, és csak nagyon kevés energiát szabad fogyasztania.
Modha 2010 elején hozta meg azt a döntést, amely a jelenlegi pályájára állította a programot: a biológiailag inspirált chip fejlesztésének kell els?bbséget élveznie. Tény, ennek következtében egy sor olyan kísérleti szoftver ment veszend?be, amely addigra már elkészült, de a chip els?bbsége mindenesetre koherens tervet eredményezett.

 Az emberi aggyal némi szerkezeti hasonlóságot mutató úgynevezett neuromorf chip megtervezésében a neurológiai elv volt a meghatározó: ez az „agy” alacsony fogyasztású, és gyors számítástechnikai mechanizmusok jellemzik.

A m?ködési elv azonban drasztikusan eltér a mai számítógépekét?l. Az agy processzorai – a neuronok – a számítástechnikában honos kifejezéssel élve masszívan elosztottak, és több millió van bel?lük. Ezek a neuronprocesszorok adataikat memóriaeszközökbe – szinapszisokba – burkolják, ennek révén az agyban folyó kommunikáció rendkívül hatékony és sokrét? egészen az elektromos impulzusokat közvetít? idegnyúlványokig.

Viszlát, Neumann-elv?

Az a gép, amely ilyen elvek szerint épül majd fel, Modha szerint fontos elmozdulást eredményez a Neumann János-féle számítástechnika irányától, amelyben a processzor és a memória fizikailag el van választva egymástól, és csupán egy keskeny kommunikációs csatornát használva szekvenciálisan kapcsolódnak egymáshoz.
A neuromorf elektronikus rendszerek koncepciója több mint két évtizedes. Carver Mead neves számítógéptudós írt el?ször ilyen eszközökr?l egy szakfolyóiratban még 1990-ben. A korábbi, biológiailag inspirált eszközök többnyire analóg elven m?ködtek, az egyetlen cél az volt, hogy az érzékel?k utánozzanak egy funkciót, például a képi adatok érzékelésekor a retina m?ködését.
Az IBM vezette egyetemi kutatócsoport azonban jóval sokoldalúbb digitális technológia kidolgozására törekszik. „Úgy t?nik, hogy ki tudunk építeni olyan számítógépes architektúrát, amely meglehet?sen általános célú, és egy sor alkalmazási környezetben lehet használni” – fejtette ki Rajit Manohar, a Cornell Egyetem professzora.
Melyek lehetnek ezek az alkalmazások 5 vagy 10 év múlva, ha a technológia sikeresnek bizonyul?
Például olyan tevékenységek elvégzése, amelyek az emberek számára kézenfekv?ek, a számítógépeknek azonban most még alaposan meg kell küzdeniük velük – például alakja felismerésével azonosítani valakit, aki egy zsúfolt utcán sétál. Az alkalmazásoknak robotok is részei lehetnek: így többek között segíthetnek navigálni a háborús környezetekben; alacsony fogyasztású mesterséges eszközök segíthetik a vakok tájékozódását; számítógépes egészségügyi rendszer figyelhet a betegekre az ápolóotthonokban, és szükség esetén riaszthatja az – emberi – ápolószemélyzetet.
A jöv?kép biztató, mindazonáltal hatalmas akadályokat kell még leküzdeni. A prototípus chip 256 darab, neuronszer? csomópontjának környezetét több mint 262 000 szinaptikus memóriamodul alkotja. Ez mindaddig leny?göz? volna, amíg össze nem vetjük az agy megfelel? adataival: becslések szerint az emberi idegsejtek száma akár a 100 milliárdot is elérheti. A program el?tt tehát még hosszú út áll.
Mindenesetre a támogató Pentagon bizakodva tekint az eddigi eredményekre.

Forrás:MTI