Hình minh họa: Một số ứng dụng thực tế của chip mô phỏng nẫo người SyNapse
Mới đây, các nhà nghiên cứu tại IBM đã cho ra đời phiên bản mới nhất của chip máy tính SyNAPSE (còn có tên là TrueNorth) được thiết kế dựa trên mô phỏng hoạt động của não người. Đây là con chip đơn nhân kích thước cỡ 1 con tem có khả năng mô phỏng hoạt động của hàng triệu tế bào thân kinh trong não bộ và thực hiện nhiều nhiệm vụ phức tạp nhưng vẫn sử dụng rất ít năng lượng.
Được IBM giới thiệu lần đầu tiên cách đây 3 năm, chip SyNAPSE đã gây được sự quan tâm lớn từ cả giới khoa học lẫn cộng đồng công nghệ thế giới. Kể từ đó, các nhà nghiên cứu liên tục cải tiến phiên bản đầu tiên nhằm nâng cao sức mạnh và khả năng xử lý thông tin nhưng mức tiết kiệm năng lượng ngày càng được cải thiện. Phiên bản mới nhất mà IBM vừa công bố được trang bị 5,4 triệu transistor cho phép mô phỏng họa động của 1 triệu tế bào thần kinh và hơn 265 triệu synapse. Đồng thời, nhiều con chip cũng có thể được kết nối với nhau nhằm bắt chước trình tự xử lý thông tin như não người .
Trong một báo cáo vừa được đăng tải trên tạp chí Science vào hôm 7 tháng 8, nhóm nghiên cứu đã sử dụng thế hệ chip mới nhất nhằm phân biệt con người với các đối tượng khác trong một hình ảnh và đã nhận được những kết quả hết sức khả quan. Đây là nhiệm vụ hết sức khó khăn đối với những chiếc máy tính thông thường. Dharmendra Modha, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu tại IBM cho biết: "Chúng tôi không tạo nên bộ não. Những gì chúng tôi làm là nhiên cứu cách hoạt động của não về mặt giải phẫu học và sinh lý học."
Modha cũng đưa ra một ví dụ nhằm giúp chúng ta có thể hiểu được chip SyNAPSE khác với những thế hệ chip máy tính bình thường như thế nào. Theo đó, nói một cách nôm na thì chip máy tính cổ điển được ví như não trái với khả năng họa động nhanh, mang tính tình tự và thiên về khả năng tính toán các con số. Ngược lại, chip mô phỏng não người của IBM được ví như não phải, thiên về khả năng trừu tượng nhiều hơn.
Chip SyNAPSE - Não phải của con người
Đối với máy tính cổ điển, từ thế hệ đầu tiên đến những chiếc máy mạnh mẽ và smartphone hiện nay đều sử dụng mô hình do nhà toán học và phát minh John von Neumann đề xuất từ năm 1945. Kiến trúc của Neumann bao gồm một đơn vị xử lý, một đơn vị kiểm soát, bộ nhớ, ổ lưu trữ ngoài và cơ chế nhập/xuất dữ liệu. Với cấu trúc này, hệ thống không thể nhận lệnh và thực hiện thao tác trên dữ liệu trong cùng một lúc.
Ngược lại, kiến trúc chip mới của IBM lại mô phỏng hoạt động của một bộ não sống. Con chip này bao gồm các phần lõi, mỗi lõi có chứa 256 dòng nhập liệu và 256 dòng xuất dữ liệu. Thiết kế này tương ứng với các sợi trục thần kinh và tế bào thần kinh trên bộ não con người. Và cũng tương tự như bộ não sống, các tế bào thần kinh nhân tạo này chỉ gởi các tín hiệu khi điện tích đạt đến một ngưỡng nhất định.
Các nhà nghiên cứu đã kết nối hơn 4000 phần lõi nói trên lại với nhau tạo thành 1 con chip duy nhất. Tiếp theo, con chip được dùng để nhận diện hình ảnh. Nhiệm vụ của nó là phải phát hiện và phân loại được con người, người đi xe đạp, người đang lái xe hơi hoặc các phương tiện khác trong bức ảnh. Kết quả cho thấy con chip đã có thể nhận diện được đối tượng một cách chính xác. Không chỉ chứng minh được sức mạnh vượt trội hơn so với các con chip máy tính thông thường mà SyNAPSE còn có mức tiêu thụ điện năng và lượng nhiệt tỏa ra khá ít.
Theo Modha, các thế hệ máy tính hiện nay, từ laptop, smartphone và thậm chỉ cả xe hơi, đều không có thị giác và cảm giác. Tuy nhiên, nếu các thiết bị này có thể thêm chức năng tương tự như não người, chúng sẽ hiểu được môi trường xung quanh tốt hơn. Từ đó, có thể tạo ra được những robot kích thước nhỏ có thể tự dò tìm nạn nhân sau thiên tai, cảm biến có thể xác định virus dựa trên mùi của người bệnh, camera có thể hiểu được người dùng đang nhìn gì và thậm chí là những robot có thể làm bạn với con người.
Xây dựng một bộ não
Robot quả cầu sử dụng chip SyNAPSE hỗ trợ tìm kiếm người bị nạn sau thiên tai
Trên thực tế, không phải chỉ có các nhà nghiên cứu tại IBM là những người duy nhất phát triển hệ thống mô phỏng não người. Hiện nay, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford cũng đã phát triển một hệ thống mang tên "Neurogrid" cho phép mô phỏng lại hàng triệu tế bào thần kinh với hàng tỷ các xynapse.
Tuy nhiên, hệ thống Neurogrid đòi hỏi phải có 16 con chip liên kết lại với nhau, trong khi đó thì hệ thống mới của IBM đã tích hợp việc tính toán và lưu trữ trên cùng một con chip giúp giảm thiểu thời gian cần thiết để truyền dữ liệu từ đó đẩy nhanh quá trình xử lý thông tin của toàn hệ thống. Chính các kỹ sư tại Đại học Standford cũng nhận định rằng chip của IBM là một thành công khá ấn tượng.
Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục tích hợp số lượng transitor nhiều hơn vào mỗi con chip đồng thời tìm cách giảm thiểu lượng điện năng tiêu thụ. Điều này đồng nghĩa với việc các thế hệ smartphone trong tương lai sẽ tính toán trực tiếp ngay trên thiết bị thay vì phải dựa trên sức mạnh của nền tảng điện toán đám mây.
Ảnh minh họa: SyNAPSE kết hợp với phân tích hình ảnh từ camera giúp thiết bị có thể hiểu được môi trường xung quanh
Hiện tại, Apple cũng đang áp dụng nền tảng đám mây để cung cấp dịch vụ trợ lý cá nhân SIri cho người dùng, Tuy nhiên, nếu iPhone sử dụng chip SyNAPSE thì Siri có thể tự tính toán bằng tài nguyên ngay trên thiết bị mà không cần phải phải nhờ tới sự trợ giúp của mang lưới máy tính.
Dù đã đạt được những thành công đáng khích lệ sau gần 4 năm phát triển kể từ năm 2010, tuy nhiên dự án phát triển hệ thống SyNAPSE của IBM vẫn còn kém xa so với khả năng của não bộ con người. Đó là hệ thống gồm 86 nghìn tỷ tế bào thần kinh và 100 nghìn tỷ synapse. Dù vậy, thành công trên đã mở ra triển vọng mới về những cỗ máy thông minh trong tương lai có thể hiểu và làm bạn được với cả con người!
