• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
2 мая
Редакция Naked Science
3 626

«Естественный» искусственный интеллект: ученые создали синапс, почти «идентичный натуральному»

4.6

Группа физиков из Нидерландов и Южной Кореи создала искусственный синапс, работающий по тому же принципу, что и «естественные». Последние, напомним, успешно используют для «вычислений» то, что в первом приближении является банальной соленой водой.

Новый искусственный синапс в представлении художника. Он состоит из микросфер, соединенных между собой канальцами / © Tim M. Kamsma, Utrecht University

«Естественный» синапс — это место контакта нейрона (или нейронов) и принимающей сигнал «рабочей» — эффекторной — клеткой (например, мышечной). Искусственный пока имитирует лишь саму «механику» его работы.

Технически устройство, описанное в новой статье в PNAS, представляет собой микроканал конической формы. Через который при получении электрического импульса мигрируют ионы, содержащиеся в растворе. Меняя, таким образом, заряд по разные стороны канала. При этом параметры импульса, естественно, прямо влияют на разницу потенциалов. Иными словами, это достаточно достоверная имитация базового механизма передачи нервных сигналов.

Однако достаточно достоверная не значит идеальная. Во-первых, пока это очень медленный «синапс»: частота передачи сигналов в эксперименте составила 1,7 в минуту. Во-вторых, по биологическим стандартам, устройство получилось чрезвычайно грубым: размеры конуса — 150 на 200 микрометров. Для сравнения: диаметр «биологического» синапса — 1-2 микрометра и меньше. Иными словами, разница примерно в сотню раз. Впрочем, первый транзистор отличался от современных не в 100 раз, а в 200 миллионов раз.

При этом размеры современных транзисторов уступают корейско-голландскому устройству уже в десятки тысяч раз, что автоматически вызывает вопрос о смысле исследования. Первое и простейшее «оправдание» — перспективы создания биологически совместимой вычислительной техники, причем совместимой практически идеально. Очевидно, устройство потенциально способно не только обмениваться с нейронами «естественными» сигналами, но и работать в естественной среде.

Однако в действительности применимость «биоморфных» технологий много шире. Посмотрим на классический компьютер — построенный из кремниевых транзисторов по архитектуре фон Неймана.

Транзистор имеет всего три контакта. По одному из которых поступает управляющий сигнал, а два других посылают соседям один из возможных «ответов» (ток либо проходит через транзистор дальше, либо нет). Как нетрудно догадаться, это автоматически порождает проблемы. Во-первых, для выполнения сколько-нибудь осмысленной деятельности нужно очень много транзисторов. При этом энергопотребление и нагрев растут прямо пропорционально их числу.

Естественным путем решения этой проблемы стала миниатюризация. Однако сегодняшние кремниевые транзисторы почти достигли физического предела уменьшения. При этом даже смена материала не сможет отодвинуть этот предел действительно радикально.

Во-вторых, задачи в транзисторных «цепях» могут выполняться только «линейно», что резко замедляет вычисления. Иными словами, мейнстримовая миниатюризация в итоге работает с минимальной эффективностью.

Другая особенность классического транзистора — принципиальная неспособность запоминать информацию. Отсюда необходимость во внешней памяти, загружаемой заново каждый раз, что также энергоемкий и затратный с точки зрения вычислительных мощностей процесс. При этом доступ к памяти в каждый конкретный момент ограничен пропускной способностью канала.
Иными словами, ортодоксальный вариант компьютера словно специально создан для того, чтобы потреблять энергию и выделять тепло при очень ограниченной отдаче.

Как прямое следствие, за каждым обработанным запросом в ChatGPT стоит расход порядка 2,5 киловатт-часа, а суммарное энергопотребление эквивалентно 17-тысячному городу. При этом на охлаждение тратится две тысячи тонн воды в год.

Между тем пока мы видим лишь прелюдию к экспансии нейросетей, аппетиты которых будут расти. В итоге средний сценарий их развития говорит о триллионах запросов и энергопотреблении на уровне Нидерландов или Аргентины уже к 2027 году.

Иными словами, при использовании традиционной технологии об автономных роботах с интеллектом «чата» можно забыть. И не только из-за габаритов — нетрудно представить себе объем «запросов» при полноценной обработке визуальной информации.

Между тем число нейронов у взрослого мужчины лишь примерно вдвое меньше, чем искусственных нейронов у ChatGPT. При этом в стандартном режиме он обходится примерно 0,03 киловатт-час в сутки и еще примерно 0,07 киловатт-час расходуется на все остальное. Иными словами, суточный расход энергии мозгом — примерно в 83 раза меньше, чем при обработке одного запроса нейросетью.

Безусловно, важнейшую роль здесь играет принципиально другая конструкция человеческих нейронов. Которые, например, имеют в среднем пять тысяч контактов и являются очень условным аналогом не транзисторов, а мемристоров, то есть способны не только обрабатывать, но и хранить информацию. Это очевидным образом снижает число рабочих «элементов», необходимых для решения конкретной задачи. Однако и потребление энергии в расчете на один биологический «псевдотранзистор», включая передачу сигнала, — в тысячи раз меньше.

Иными словами, если мы хотим построить «процессор» с минимальным энергопотреблением, потребуется так или иначе воспроизвести весь спектр биологических лайфхаков. При этом использование медленной, но экономной передачи сигнала для поддержания работы процессора при ультранизком расходе энергии может быть во многих случаях разумной ценой.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
6 часов назад
Полина Меньшова

Нейросети научились систематически внушать собеседнику ложные убеждения. При этом для обмана рассмотренные языковые модели никто специально не тренировал, а в некоторых случаях им даже запрещали вести себя нечестно.

Вчера, 11:57
Александр Березин

Когда SpaceX показала скафандр для летней миссии 2024 года Polaris Dawn, многие отреагировали едва ли не восторженно. Еще бы: новый внекорабельный скафандр для такой миссии выглядит стильно и, главное, негромоздко. Но вот у специалистов внешний вид снаряжения вызвал серьезную тревогу. Маск действительно собирается высаживать людей на Луну и Марс в скафандрах без кислородного баллона? Это революция в скафандростроении или самый опасный эксперимент над астронавтами в истории? В 1960-х из-за неоптимальных костюмов США уже потеряли трех человек в наземной репетиции полета. Станет ли SpaceX следующей в этой печальной эстафете?

2 часа назад
Мария Азарова

Лимфатические узлы — чувствительные мишени для канцерогенных химических веществ. Появляется все больше доказательств того, что иммунологические нарушения из-за воздействия растворителей, антипиренов, пестицидов и красок для волос играют ключевую роль в начале развития злокачественных лимфом. Опасны ли в этом смысле татуировки, выяснила команда медиков из Швеции.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

Вчера, 11:57
Александр Березин

Когда SpaceX показала скафандр для летней миссии 2024 года Polaris Dawn, многие отреагировали едва ли не восторженно. Еще бы: новый внекорабельный скафандр для такой миссии выглядит стильно и, главное, негромоздко. Но вот у специалистов внешний вид снаряжения вызвал серьезную тревогу. Маск действительно собирается высаживать людей на Луну и Марс в скафандрах без кислородного баллона? Это революция в скафандростроении или самый опасный эксперимент над астронавтами в истории? В 1960-х из-за неоптимальных костюмов США уже потеряли трех человек в наземной репетиции полета. Станет ли SpaceX следующей в этой печальной эстафете?

24 мая
Андрей

Немецкие биологи изучили, как кофеин воздействует на нервную систему аргентинских муравьев — распространенных в Европе и Америке вредителей. Для этого ученые давали им разные дозы кофеина и засекали, с какой скоростью насекомые будут находить пищу. Результаты могут помочь сделать токсичные приманки эффективнее.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: