Chip silicon thông minh như não người

Con chip máy tính loại mới nhất của hãng IBM có thể “không thông minh hơn một học sinh lớp 5” nhưng nó có thể mô phỏng cho hàng triệu tế bào thần kinh não người và thực hiện các chức năng phức tạp chỉ bằng cách sử dụng một chút xíu năng lượng. Các nhà nghiên cứu của tập đoàn phần cứng máy tính khổng lồ đã phát triển ra một con chip có kích cỡ bằng con tem bưu chính, nó được trang bị với 5,4 tỷ bóng bán dẫn, và rằng có thể mô phỏng 1 triệu tế bào thần kinh và 256 triệu kết nối thần kinh (hay khớp thần kinh).

 Một hình ảnh nhiệt từ con chip máy tính TrueNorth của IBM (trái) nằm kế đó là dữ liệu từ các con chip khác để xem liệu con chip não TrueNorth sẽ như thế nào.

Ngoài ra để bắt chước quy trình của riêng bộ não, bản thân mỗi con chip có thể kết nối lại với nhau những viên gạch, tương tự như các mạnh được liên kết trong bộ não người. Nhóm các nhà nghiên cứu đã sử dụng con chip “TrueNorth” của họ, nó đã được mô tả vào ngày 7/8/2014 trên tờ Khoa học, nhằm thực hiện một nhiệm vụ rất khó khăn cho những chiếc máy tính thông thường: xác định người hay các đồ vật trong một hình ảnh cụ thể.

Trưởng nhóm nghiên cứu Dharmendra Modha, ông là quản lý và nhà nghiên cứu chính cả tổ hợp máy tính nhận thức tại IBM Research Almaden ở San Jose (California, Mỹ), phát biểu: “Chúng tôi chưa từng xây dựng một bộ não. Thứ mà chúng tôi hoàn thiện là hiểu biết về sinh lý học và giải phẫu não bộ”. Ông Dharmendra Modha cũng đưa ra một lời giải thích tương tự rằng làm thế nào mà các con chip giống não lại khác biệt so với chip máy tính cổ điển. Trên tờ Live Science, Modha lập luận: “Bạn có thể nghĩ rằng một máy tính cổ điển tương tự như cỗ máy ở não trái. Thứ mà chúng tôi đang xây dựng là phần ngược lại: cỗ máy não phải”.

Cỗ máy não phải

Những loại máy tính cổ điển – từ thế hệ máy tính điện tử thế hệ đầu tiên của thập niên 1940 đến tiến bộ ngày nay là điện thoại thông minh và máy tính cá nhân (PC) – đã sử dụng một mô hình được miêu tả bởi nhà toán học kiêm nhà phát minh người Mỹ gốc Hung là John von Neumann vào năm 1945. Kiến trúc của Von Neumann có chứa một đơn vị xử lý – một đơn vị điều khiển, bộ nhớ, kho lưu trữ ngoại vi và các cơ chế đầu vào, đầu ra. Bởi vì cấu trúc của nó mà hệ thống không thể lấy các hướng dẫn và thực hiện các hoạt động dữ liệu cùng một lúc. Ngược lại, kiến trúc con chip mới của hãng IBM lại tương tự một bộ não sống.

Con chip này được bao gồm các lõi tính toán mà mỗi lõi chứa đến 256 dây đầu vào (hay “sợi trục thần kinh”, nó có dạng như dây cáp, là một tế bào thần kinh chuyên truyền tải các tín hiệu điện) và 256 dây đầu ra, (hay “các tế bào thần kinh). Cũng giống như một bộ não thật sự, các tế bào thần kinh nhân tạo chỉ gửi các tín hiệu khi sự tích điện đạt đến một ngưỡng nhất định. Các nhà nghiên cứu đã kết nối hơn 4.000 lõi trên một con chip duy nhất, và thử nghiệm hiệu quả của nó với một nhiệm vụ nhận diện hình ảnh phức tạp. Máy tính đã phát hiện ra người, người đi xe đạp, ô tô và các loại xe hơi khác trong một bức ảnh, và nhận dạng mỗi đồ vật một cách chính xác.

Nhà nghiên cứu Dharmendra Modha khẳng định: “Dự án này là một công việc lớn, nó là công trình nghiên cứu của một nhóm nhà khoa học lớn, làm việc xuyên suốt nhiều năm qua. Nó là một đa ngành, đa thể chế, nhiều tầng lớp nỗ lực không mệt mỏi”. Cơ quan các dự án nghiên cứu tiến bộ quốc phòng (DARPA), một nhánh trực thuộc Bộ quốc phòng Mỹ chịu trách nhiệm phát triển ra các công nghệ mới cho quân đội, cung cấp ngân sách khoảng 53,5 triệu USD cho dự án này. Sau khi nhóm xây dựng thành công con chip, Dharmendra Modha tạm dừng công việc 1 tháng và hứa tặng chai rượu sâm-banh trị giá 1.000 USD cho bất kỳ thành viên nào trong nhóm nghiên cứu có thể tìm thấy 1 lỗi trong thiết bị.

Trông như não thật, các tế bào thần kinh nhân tạo của chip True North chỉ gửi đi các tín hiệu một khi sự tích điện đạt đến ngưỡng nhất định.

Song chẳng ai tìm thấy gì. Con chip mới không chỉ hiệu quả hơn so với các con chip máy tính thông thường mà nó còn tạo ra ít hơi nóng hơn, các nhà nghiên cứu cho biết. Những loại máy tính ngày nay như laptop, điện thoại thông minh và thậm chí xe hơi, đã khiến người sử dụng bị suy giảm thị lực và cảm giác. Nhưng theo ông Modha, nếu những thiết bị này có thể cải thiện chức năng như một bộ não người thì cuối cùng chúng có thể hiểu môi trường tốt hơn. Ví dụ, thay vì dịch chuyển một hình ảnh camera qua một máy tính để xử lý nó, thì “các cảm biến sẽ trở thành máy tính”.

Xây dựng một bộ não

Các nhà nghiên cứu IBM không chỉ xây dựng thành công các con chip máy tính bắt chước như bộ não sống. Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford đã phát triển ra một hệ thống gọi là “Neurogrid” có thể mô phỏng 1 triệu tế bào thần kinh và hàng tỷ khớp thần kinh. Nhưng trong khi Neurogrid yêu cầu phải có tới 16 con chip được liên kết với nhau thì con chip của hãng IBM có thể mô phỏng cùng số lượng tế bào thần kinh với chỉ 1 con chip duy nhất, ông Modha nhấn mạnh. Ngoài ra bộ nhớ của Neurogrid không có gắn chip, trong khi hệ thống mới của IBM lại tích hợp cả bộ nhớ và tính toán trên cùng 1 con chip, làm giảm thiểu thời gian cần thiết để truyền dữ liệu, ông Modha chi dẫn.

Ông Kwabena Boahen, một kỹ sư điện tại Stanford, người đã dẫn dắt nhóm nghiên cứu, phát triển ra hệ thống Neurogrid, gọi con chip của hãng IBM là “một thành tựu rất ấn tượng”. (Vài đồng nghiệp của Boahen từng làm cho dự án Neurogrid, giờ cũng đang làm việc tại IBM). Nhóm nghiên cứu của IBM đã có thể gắn nhiều hơn bóng bán dẫn trên 1 con chip duy nhất, đồng thời làm cho nó ít tốn kém năng lượng hơn, ông Kwabena Boahen phát biểu trên Live Science. Hiệu quả năng lượng cao hơn có nghĩa là bạn có thể tính toán mọi thứ trực tiếp ngay trên điện thoại của mình thay vì phụ thuộc vào công nghệ điện toán đám mây, cách mà chương trình Siri đã kiểm soát giọng nói của ứng dụng Apple.

Đó là bởi vì Siri lấy linh kiện tính toán cho các máy tính khác thông qua mạng thay vì là thực hiện nó tại địa phương dựa trên một thiết bị. IBM đã sáng tạo ra con chip như là một phần chương trình SyNAPSE của DARPA (tên viết tắt của Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics). Mục tiêu của chương trình này là xây dựng một máy tính tương tự như cách thức và chức năng hoạt động của bộ não loài thú có vú, với trí thông minh tương tự như loài chuột.

Nhà nghiên cứu Dharmendra Modha, trưởng nhóm nghiên cứu tạo ra con chip mới ở hãng IBM

Ông Modhi nhấn mạnh: “Chúng tôi đã tạo ra một bước tiến lớn”. Nhóm nghiên cứu đã vạch ra sơ đồ nối dây của một bộ óc khỉ vào năm 2010, và sản xuất ra một lõi thần kinh quy mô nhỏ vào năm 2011. Con chip hiện tại có thể chứa hơn 4.000 những chiếc lõi này. Nhưng con chip của IBM vẫn khác xa so với bộ não người, với hơn 86 nghìn tỷ tế bào thần kinh và 100 nghìn tỷ khớp thần kinh. Nhà nghiên cứu Modhi nhận định: “Chúng tôi đã vượt qua một chặng đường dài, và vẫn còn thêm một hành trình dài để đi”.

NGUYỄN THANH HẢI (Discovery – 11/8/2014)