نورنیوز-گروه اجتماعی: محققان چینی یک تراشه حافظه را توسعه دادهاند که میتواند ساختارهای پیچیده مغز را در لحظه مدلسازی کند، پیشرفتی که به گفته آنها میتواند تشخیص بیماریهای مغزی، رابطهای مغز و رایانه و ناوبری جراحی را بهبود بخشد.
این تراشه ۴۰ نانومتری که توسط محققان دانشگاه پکن و آکادمی علوم چین ساخته شده است، یک شبکه عصبی مصنوعی را در سختافزار خود ادغام میکند.
به گفته این تیم، این تراشه سطح پیچیده تاخورده مغز را در کمتر از نیم ثانیه بازسازی میکند.
محققان گزارش دادند که این تراشه ۵۰ تا ۴۷۸ برابر سریعتر از سیستمهایی است که توسط واحد پردازش گرافیکی A100 شرکت انویدیا برای این کار طراحی شدهاند.
این افزایش عملکرد از معماری محاسبات در حافظه ناشی میشود که ذخیرهسازی دادهها و محاسبات را در همان آرایه حافظه انجام میدهد و تأخیرهای ناشی از جابجایی دادهها بین واحدهای حافظه و پردازش جداگانه را کاهش میدهد.
این تیم به جای اینکه «رانش رسانایی» در ممریستورهای تغییر فاز را به عنوان یک نقص در نظر بگیرد، از این ویژگی برای انجام محاسبات دینامیکی عصبی استفاده کرد و پردازش سریع و با مصرف انرژی بهینه را امکانپذیر کرد.
محققان این تراشه را برای پرداختن به یک چالش دیرینه در تصویربرداری مغز طراحی کردند، جایی که سختافزارهای معمولی برای همگام شدن با حجم زیاد دادههای مورد نیاز برای بازسازی سطح بسیار چینخورده مغز تلاش میکنند.
پردازش سریعتر میتواند مدلسازی پیشرفته مغز را در بیمارستانها عملیتر کند، جایی که پزشکان اغلب برای پشتیبانی از تصمیمات تشخیصی و درمانی به نتایج سریع نیاز دارند.
حافظه با محاسبات در هم میآمیزد
یانگ یوچائو(Yang Yuchao)، نویسنده اصلی این مطالعه و استاد دانشکده مدارهای مجتمع دانشگاه پکینگ و معاون رئیس دانشکده مهندسی الکترونیک و کامپیوتر این دانشگاه گفت که این تراشه میتواند قشر چینخورده مغز را برای کاربردهای پزشکی به طور دقیق بازسازی کند.
وی افزود: این پیشرفت، امکانات جدیدی را برای رابطهای مغز و رایانه و تشخیص و درمان بیماریهای مغزی ایجاد میکند.
یانگ ادامه داد: در آینده، دوقلوهای مغزی دیجیتال شخصیسازیشده و پویا امکانپذیر خواهند شد.
یانگ همچنین گفت که این فناوری، یک پایه سختافزاری فراهم میکند که میتواند به صورت در لحظه برای ناوبری عصبی حین عمل، غربالگری اولیه بیماری آلزایمر و مداخلات شخصیسازیشده عمل کند.
مغز انسان دارای چینخوردگیهای پیچیدهای است که سطح آن را افزایش میدهد و به میلیاردها نورون اجازه میدهد تا داخل جمجمه جای بگیرند. بازسازی این ساختارها به طور سنتی به سیستمهای محاسباتی قدرتمند و محاسبات طولانی نیاز داشته و استفاده از آنها را در محیطهای پزشکی حساس به زمان محدود میکند.
تصویربرداری بالینی سریعتر از مغز
این طراحی جدید یکی از بزرگترین تنگناها در معماری رایانههای معمولی را که در آن حافظه و پردازندهها از نظر فیزیکی از هم جدا هستند، از بین میبرد. با ترکیب هر دو عملکرد روی یک تراشه، این سیستم ضمن کاهش مصرف برق، تأخیر را نیز کاهش میدهد.
در یک تحلیل همراه، محققان مرکز تحقیقات یولیش(Juelich) آلمان این رویکرد را با پردازش شیر خام در یک مزرعه لبنی به جای انتقال آن به کارخانه مقایسه کردند و بر کارایی انجام محاسبات در جایی که دادهها ذخیره میشوند، تأکید کردند.
آنها نوشتند که این پلتفرم «محاسبات با دقت بالا را با تأخیر در مقیاس میلیثانیه» ارائه میدهد و مسیری را به سمت کاربردهای در لحظه در تصویربرداری بالینی، رباتیک و هوش تجسمی ایجاد میکند.
محققان همچنین گفتند که این کار میتواند ردیابی سطح قشر مغز را در طول جراحی مغز و اعصاب به صورت در لحظه امکانپذیر کند و میتواند در تصمیمگیری بالینی ادغام شود.
این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.