Un dispositivo elettronico denominato memristore potrebbe costituire la nostra migliore speranza di costruire pratici chip che traggono alcuni elementi progettuali dal cervello umano.
di Tom Simonite
Grazie a dispositivi denominati memristore posti lungo ciascun punto di intersezione dei cavi, questo circuito può imparare a riconoscere semplici motivi in bianco e nero.
I memristore, esotici dispositivi elettronici la cui esistenza è stata confermata solo nel 2008, sono stati adoperati per creare un chip che prende spunto dal cervello umano. Il prototipo non ha appreso nulla di più complesso dell’identificazione di semplici motivi in bianco e nero, ma versioni più grandi e complesse potrebbero migliorare le capacità dei computer nel riconoscere parole, immagini e il mondo circostante.
I circuiti del chip, realizzato da ricercatori dell’Università della California, a Santa Barbare, e della Stony Brook University, non elaborano i dati con circuiti logici ma con elementi che imitano, in maniera semplificata, i neuroni e le sinapsi dei cervelli biologici. Quando una rete simile viene esposta a nuovi dati, le sinapsi che connettono i vari neuroni regolano l’influsso che ciascun neurone ha sugli altri secondo un processo di “apprendimento”.
Versioni software delle reti neurali artificiali sono in circolazione da diversi anni. Le più importanti, prodotte da società quali Facebook e Google (vedi “Odissea nel cervello“) hanno recentemente conseguito importanti risultati nel riconoscimento vocale e facciale.
Queste reti neurali simulate gravano però sui computer convenzionali. Un esperimento condotto da Google, in cui una grande rete neurale ha imparato a riconoscere dei gatti presi da immagini su YouTube, ha richiesto l’utilizzo di 16,000 processori per tre giorni consecutivi. La costruzione di una rete neurale su un chip potrebbe invece rendere questo processo di elaborazione più pratico ed efficiente dal punto di vista energetico. Chip simili potrebbero permettere ai robot mobili, ad esempio, di diventare molto più intelligenti.
I chip ispirati al cervello – o neuromorfici – non sono una novità, e IBM sta cercando di commercializzarli (vedi “Pensieri al silicio“). Generalmente utilizzano gli stessi transistor in silicio e gli stessi circuiti digitali che costituiscono i normali processori di un computer. Secondo Dmitri Strukov, un ricercatore della University of California, a Santa Barbara, che ha guidato il lavoro sul nuovo chip memristore, queste componenti digitali non sarebbero portate per l’imitazione delle sinapsi. Per contrasto, ciascuna delle circa 100 sinapsi sul chip della USCB è rappresentato da un solo memristore.
“Una sinapsi biologica è un dispositivo di memoria analogica, e non esiste veramente alcun modo per implementarlo efficacemente in maniera compatta ed energeticamente efficiente utilizzando la tecnologia convenzionale”, dice Strukov. “I memristore sono di fatto strumenti analogici di memoria; è un abbinamento perfetto”.
Il nuovo chip è stato descritto in un documento pubblicato su Nature.
In un commentario associato al lavoro, Robert Legenstein, professore associato della Graz University of Technology, in Austria, ha scritto: “Se questo design potrà essere applicato su reti di grandi dimensioni, influenzerà il futuro dell’informatica … Computer portatili, telefoni cellulari e robot potrebbero includere chip neuromorfici a basso consumo in grado di elaborare informazioni sensoriali visive, auditive e di altro genere”.
Il memristore è stato matematicamente previsto nel 1971 da Leon Chua, un professore di elettronica dell’Università della California, a Berkeley. La sua “scoperta” è stata dichiarata nel 2008, quando alcuni ricercatori della Hewlett-Packard, fra cui Strukov, realizzarono semplici dispositivi la cui resistenza elettrica codificava una sorta di memoria della corrente che avevano sperimentato in precedenza – esattamente la proprietà che era stata prevista da Chua (vedi “HP Rewires Electronics“).
Il potenziale impiego di questi dispositivi per l’archiviazione densa di dati e la creazione di reti neurali hardware fu immediatamente identificato.
Nel 2010, HP e SK Hynix hanno avviato la commercializzazione di archivi di memoria memristore; HP sta scommettendo che la tecnologia permetterà di ridefinire radicalmente l’architettura di base dei computer (vedi “Machine Dreams“). Finora, però, nessuno aveva creato una rete neurale in chip costituita unicamente da memristore, spiega Strukov. Il suo gruppo ha sviluppato sistemi per controllare il processo di produzione dei memristore così da poter produrre dispositivi più affidabili.
Il chip sviluppato dal gruppo della UCSB è una semplice dimostrazione di concetto, ma i ricercatori credono che le loro tecniche possano essere scalate per produrre dispositivi più grandi e potenti. Strukov sostiene che la tecnologia potrebbe trovare un aiuto negli sforzi che società quali HP e K Hynix stanno attuando per commercializzare memristore.
(MO)
