Chip bán dẫn mô phỏng chức năng của bộ não người

Thành công này đã được công bố trên tạp chí Science.

Loại chip nói trên có tên là TrueNorth, có khả năng mô phỏng chức năng của neuron (tức tế bào thần kinh), chức năng của synapse¹ và các chức năng khác của não để tiến hành tính toán. Chip TrueNorth do công ty Samsung chế tạo cho IBM, sử dụng công nghệ đã dùng để làm các bộ vi xử lý cho điện thoại thông minh và các thiết bị di động khác. Trong công trình nghiên cứu nói trên, IBM đã hợp tác với Đại học Cornell. Công trình này được Cơ quan Các dự án nghiên cứu cấp cao thuộc Bộ Quốc phòng Mỹ (DARPA) tài trợ 53 triệu USD từ năm 2008.

Chip TrueNorth chứa 5,4 tỷ transitor, gấp bốn lần bộ xử lý của máy tính cá nhân tiêu chuẩn, đem lại hiệu quả tương đương 1 triệu neuron và 256 triệu synape. Hiện nay IBM đã sử dụng 16 chip để hoàn thành một siêu máy tính thần kinh synapse.

Loại chip này của IBM cấu tạo bởi 4.096 cấu trúc được gọi là “Lõi neuron-synapse”, mỗi lõi đều có khả năng chứa, xử lý và chuyển dữ liệu. Loại chip này rất tiết kiệm năng lượng, bởi lẽ nó sử dụng thiết kế khởi động theo sự việc (event-driven), tức chỉ vận hành khi nào hệ thống cần, những thời gian khác thì nó tự ngắt mạch, tiêu hao năng lượng chỉ có 20 miliwatt hay 1 phần nghìn của một watt cho mỗi centimet vuông, trong khi bộ vi xử lý tiêu chuẩn tiêu thụ từ 50 đến 100 watt.

So với loại chip thông thường thì TrueNorth đã thực hiện một bước đột phá mới về công nghệ thiết kế chip. Nó tích hợp 1 triệu neuron, mỗi giây mỗi watt có thể thực hiện 46 tỷ thao tác synapse thần kinh, có thể hiểu được hàm nghĩa của nội dung được tính toán ở một mức độ nhất định.

IBM tiết lộ: họ đã bước đầu bàn bạc với các đối tác về phương thức thương mại hóa chip TrueNorth.

Ông Dharmendra Modha, nhà nghiên cứu của Trung tâm Nghiên cứu Almaden thuộc IBM, chuyên gia đầu ngành tính toán linh cảm não (brain-inspired computing), cho biết: “Chúng tôi ôm ấp một tham vọng thương mại hóa cực lớn, nhưng TrueNorth sẽ không thay cho chip điện toán truyền thống, chúng chỉ có quan hệ bổ sung lẫn nhau.”

Khi đưa tin nói trên, nhật báo Nihon Keizai Shimbun của Nhật cho rằng sử dụng chip TrueNorth sẽ có thể chế tạo được loại máy tính thực hiện mọi công việc mà bộ óc con người làm được. Tất cả các loại máy tính từ trước đến nay đều là máy tính kiểu Neumann2 và đã đạt giới hạn về tốc độ xử lý. IBM đã cố gắng vượt qua giới hạn đó, họ tập trung nghiên cứu làm loại máy tính “phi Neumann” theo cách mô phỏng bộ não người và ứng dụng cơ học lượng tử. IBM cho rằng nếu ghép nối được nhiều chip thì có thể tạo ra hệ thống gồm vài trăm tỷ synapse. Tháng 7 năm nay, IBM tuyên bố trong năm năm tới sẽ đầu tư 3 tỷ USD để nghiên cứu loại bán dẫn thế hệ mới.

Nguyễn Hải Hoành tổng hợp

—
¹ Synapse là cấu trúc liên kết giữa hai neuron hoặc giữa neuron với tế bào cơ và có thể cho xung động thần kinh đi qua. Một neuron có thể có nhiều synapse với các neuron khác. Synapse có thể truyền thông tin và ghi nhớ.

² John von Neumann (1903-1957), người Mỹ gốc Do Thái, sinh ở Hungary, là nhà toán học nổi tiếng có nhiều đóng góp về vật lý lượng tử, khoa học máy tính v.v…