Horumarka xisaabinta sare: isticmaalka shabakadaha indhaha ee neuromorphic

Tobannaankii sano ee la soo dhaafay, isbeddelkii hore ee caanka ahaa ee saxda ahaa, Sharciga Moore, oo uu saadaaliyay Gordon Moore ee IBM 1965, ayaa hadda si tartiib tartiib ah u noqonaya qiyaasta waxqabadka xisaabinta. Sharciga Moore wuxuu saadaaliyay in qiyaastii labadii sanaba mar tirada transistor-yada ku jira wareegga isku dhafan ay labanlaabmi doonaan, in ay jiri doonaan transistor badan oo isku mid ah booska, taas oo horseedaysa xisaabinta korodhka iyo sidaas darteed waxqabadka kombiyuutarka. Bishii Abriil 2005, wareysi, Gordon Moore qudhiisu wuxuu sheegay in saadaalintiisu aanay sii jiri doonin: "Marka la eego cabbirka [transistors] waxaad arki kartaa inaan ku soo dhowaaneyno cabbirka atomyada taasoo ah caqabad aasaasi ah, laakiin waxay noqon doontaa laba ama saddex fac ka hor intaanan gaadhin meesha fog - laakiin taasi waa ka fog tahay inta aan waligeen awoodnay inaan aragno. Waxaan haysanaa 10 ilaa 20 sano oo kale ka hor inta aanan gaarin xadka aasaasiga ah."   

In kasta oo sharciga Moore uu ku dhici doono dhammaadka-dhamaadka, tilmaamayaasha kale ee xisaabinta ayaa arkaya kor u kaca ku-dhaqanka. Tignoolajiyada aan u isticmaalno nolol maalmeedkeena, dhammaanteen waxaan arki karnaa isbeddellada kombiyuutarrada oo sii yaraanaya oo sii yaraanaya laakiin sidoo kale in baytariyada aaladaha ay sii jiraan waqti dheer iyo waqti dheer. Isbeddelka dambe ee baytariyada waxaa lagu magacaabaa Sharciga Koomey, oo loogu magac daray borofisar Jaamacadda Stanford Jonathan Koomey. Sharciga Koomey wuxuu saadaaliyay in "… marka la eego culeyska kombuyuutarada go'an, qadarka baytariga aad u baahan tahay wuxuu hoos u dhici doonaa laba jeer sannadkii iyo badh." Sidaa darteed, isticmaalka korantada elektiroonigga ah ama waxtarka tamarta kombiyuutarada ayaa labanlaabmaya qiyaastii 18 bilood kasta. Haddaba, waxa dhammaan isbeddelladan iyo isbeddelladan ay tilmaamayaan oo muujinaya waa mustaqbalka xisaabinta.

Mustaqbalka xisaabinta

Waxaynu soo gaadhnay wakhti taariikhda aynu ku jirno ay tahay in aynu dib u qeexno xisaabinta maadaama hab-dhaqankii iyo sharciyadii la saadaaliyay dhawr iyo toban sano ka hor aanay hadda soconayn. Sidoo kale, marka xisaabintu u riixdo dhanka nano iyo miisaanka tirada, waxaa jira xaddidaadyo jireed oo muuqda iyo caqabado soo socda. Waxaa laga yaabaa in isku dayga ugu caansan ee supercomputing, xisaabinta quantum-ka, uu leeyahay caqabada muuqata ee ka faa'iidaysiga isku-xidhka tirada ee xisaabinta barbar socota, taas oo ah, samaynta xisaabinta ka hor kala-saarista tirada. Si kastaba ha ahaatee, in kasta oo ay jiraan caqabadaha xisaabinta tirada, waxaa jiray horumar badan dhowrkii sano ee la soo dhaafay. Mid ayaa heli kara moodooyinka qaab dhismeedka kombuyuutarka ee John von Neumann ee dhaqanka ah ee lagu dabaqay xisaabinta tirada. Laakiin waxaa jira mid kale oo aan si fiican loo aqoon xisaabinta (super), oo loo yaqaan xisaabinta neuromorphic oo aan raacin qaab-dhismeedka von Neumann ee dhaqanka. 

Xisaabinta Neuromorphic waxaa ku fikiray borofisar Caltech Carver Mead oo dib ugu soo celiyay warqadiisii ​​seminal 1990kii. Asal ahaan, mabaadi'da xisaabinta neuromorphic waxay ku saleysan yihiin mabaadi'da bayooloji ee ficilka, sida kuwa loo maleynayo in maskaxda bini'aadamka ay uga faa'iidaysato xisaabinta. Farqi kooban oo u dhexeeya aragtida xisaabinta neuromorphic iyo aragtida xisaabinta qadiimiga ah ee von Neumann ayaa lagu soo koobay maqaal uu qoray Don Monroe Ururka Qalabka Kombiyuutarka Joornaal. Bayaanka ayaa sidan u socda: "Dhismaha dhaqanka ee von Neumann, xudunta macquulka ah ee xoogga leh (ama dhowr isku mid ah) ayaa si isdaba-joog ah ugu shaqeeya xogta laga soo qaaday xusuusta. Taas bedelkeeda, xisaabinta 'neuromorphic' waxay u qaybisaa xisaabinta iyo xusuusta labadaba tiro aad u badan oo 'neurons' ah oo asal ah, mid kasta oo la xidhiidha boqolaal ama kumanaan kale oo neurons iyada oo loo marayo 'synapses'."  

Tilmaamaha kale ee muhiimka ah ee xisaabinta neuromorphic waxaa ka mid ah dulqaad la'aanta, taas oo ujeedadeedu tahay in lagu daydo awoodda maskaxda bini'aadamka si ay u lumiso neerfayaasha oo ay wali awood u leedahay inay shaqeyso. Si la mid ah, xisaabinta dhaqameed luminta hal transistor waxay saamaysaa shaqada saxda ah. Faa'iido kale oo la hiigsado oo la hiigsado ee xisaabinta neuromorphic ma jirto baahi loo qabo in la qorsheeyo; Hadafka ugu dambeeya ayaa ah mar kale qaabaynta awoodda maskaxda bini'aadamka si ay wax u barato, uga jawaabto oo ula qabsato calaamadaha. Markaa, xisaabinta neuromorphic hadda waa musharaxa ugu fiican ee barashada mashiinka iyo hawlaha sirdoonka macmal. 

Horumarka neuromorphic supercomputing

Inta soo hartay ee maqaalkan ayaa u daadagi doona horumarka neuromorphic supercomputing. Gaar ahaan, cilmi-baaris dhawaan la daabacay oo ku saabsan Arxiv ka Alexander Tait et. al. ka baxsan Jaamacadda Princeton waxay muujinaysaa in qaabka shabakada neerfaha ee sawir-qaadista ee silikoon ku salaysan uu ka sarreeyo habka xisaabinta caadiga ah ee ku dhawaad ​​2000-laab. Qalabkan sawir-qaadista ee neuromorphic ee xisaabinta waxay u horseedi kartaa habaynta macluumaadka ultrafast. 

Tait et. al. warqad cinwaankeedu yahay Neuromorphic Silicon Photonics wuxuu bilaabaa inuu sharaxo faa'iidooyinka iyo khasaarooyinka isticmaalka qaabka iftiinka iftiinka ee shucaaca korantada ee xisaabinta. Qodobbada ugu muhiimsan ee bilowga ah ee warqadda ayaa ah in iftiinka si weyn loo isticmaalo gudbinta macluumaadka haddana aan loo isticmaalin beddelka macluumaadka, i.e. xisaabinta indhaha ee dhijitaalka ah. Sidoo kale, xisaabinta quantum-ka, waxaa jira caqabado jireed oo aasaasi u ah xisaabinta indhaha dhijitaalka ah. Warqaddu waxay markaas gelisaa faahfaahinta hore ee la soo jeediyay neuromorphic photonic computing platform the Tait et. al. kooxda la daabacay 2014, xaq Faafinta iyo miisaanka: Shabakad isku dhafan oo loogu talagalay farsamaynta taranka sawir-qaadista ee la miisaami karo. Warqadooda cusubi waxay qeexaysaa natiijooyinka muujintii tijaabada ahayd ee ugu horaysay ee isku-xidhka neerfaha ee sawir-qaadista. 

Qaab dhismeedka "baahinta iyo miisaanka" xisaabinta, "nodes" waxaa loo qoondeeyey "xambaaraha hirarka" u gaar ah kaas oo ah "qaybinta hirarka isku dhufashada (WDM)" ka dibna loo sii daayo "nodes" kale. "Nodes" ee ku jira qaab dhismeedkan waxaa loola jeedaa in lagu sawiro habdhaqanka neerfaha maskaxda bini'aadamka. Dabadeed calaamadaha "WDM" waxaa lagu farsameeyaa shaandhada si joogto ah loo qiimeeyo oo loo yaqaan "microring (MRR) bangiyada miisaanka" ka dibna koronto lagu soo koobo wadarta qiimaha ogaanshaha awoodda. Khadka aan toos ahayn ee isbeddelka elektiroonigga ah ee u dambeeya / xisaabinta ayaa si sax ah u ah khadka tooska ah ee loo baahan yahay si loo ekaysiiyo shaqeynta neerfaha, oo lagama maarmaan u ah xisaabinta hoos timaada mabaadi'da neuromorphic. 

Waraaqda, waxay ka wada hadlayaan in dhaqdhaqaaqyada isbeddelka korantada-optic-ga ee tijaabada ah ee la xaqiijiyay ay xisaab ahaan la mid yihiin qaab "2-node joogto ah oo isku-xiran oo neerfaha ah" (CTRNN). Natiijooyinkan hormuudka ah waxay soo jeedinayaan in aaladaha barnaamijka ee loo adeegsaday moodooyinka CTRNN lagu dabaqi karo aaladaha neuromorphic-ku-saleysan ee silicon. Daahfurkaani wuxuu furayaa dariiqa laqabsiga habka CTRNN silikoon sawirqaade neuromorphic. Waraaqahooda, waxay ku sameeyaan la qabsiga moodeelka qaabdhismeedkooda "baahinta iyo miisaanka". Natiijooyinku waxay muujinayaan in moodelka CTRNN ee lagu sawiray qaab-dhismeedkooda 49-node uu soo saaro qaab-dhismeedka xisaabinta neuromorphic si uu uga sarreeyo moodooyinka xisaabinta qadiimiga ah ee 3 amarada baaxadda.