Computación

Chip de ordenador con una arquitectura que emula a la del cerebro

Unos investigadores han diseñado un chip de ordenador con un cableado y una arquitectura exóticos desde la perspectiva de la computación tradicional, pero muy “naturales” en cuanto a que emulan la arquitectura y las interconexiones del cerebro, la “computadora” natural de los seres vivos más complejos, capaz de realizar tareas sofisticadas de procesamiento de información, en tiempo real y consumiendo al mismo tiempo muy poca energía, además, por supuesto, de ser donde reside nuestra psique y de dotarnos de la fascinante condición de seres pensantes y autoconscientes.

El nuevo chip abre el camino hacia el diseño de dispositivos informáticos capaces de realizar tareas que resultan muy difíciles o imposibles para los chips de ordenador convencionales.

El cerebro humano realiza operaciones complicadas usando muy poca energía y ocupando muy poco espacio. Esto ha inspirado a los ingenieros para trabajar hacia una nueva era de la computación, la de un tipo conocido con el sugerente nombre de Computación Cognitiva. El concepto de la computación cognitiva se basa en la creación de un conjunto de chips, de bajo consumo energético, que iguale esa capacidad de computación de la mente humana, algo con lo que los científicos han soñado desde el amanecer de la ciencia de la computación. Hoy, sin embargo, no existe tal ordenador, en parte porque la arquitectura digital clásica de los ordenadores, introducida en su día por John von Neumann y otros de los padres de la computación, tiene una eficiencia limitada, sobre todo si la comparamos con lo que pueden lograr las redes neurales interconectadas del cerebro.

Ahora, en un avance que acerca un paso más hacia la realidad a ese concepto de la computación inspirada en el cerebro, muy tocado por la ciencia-ficción, el equipo integrado, entre otros, por Paul Merolla y Dharmendra S. Modha, de la compañía IBM, y Nabil Imam, de la Universidad Cornell en Ithaca, Nueva York, Estados Unidos, ha construido un chip basado en una arquitectura diferente a la arquetípica. Estos científicos se han inspirado específicamente en una red neural de uso habitual en el cerebro.

El chip está especialmente diseñado para un consumo bajo de energía, lo cual puede verse 

claramente en esta imagen térmica, que muestra el chip TrueNorth frío junto a chips FPGA 

calientes que están alimentando de datos al primero. (Imagen: IBM Research)

En vez de emitir (o “disparar”) sus señales a intervalos regulares, las neuronas artificiales en esta configuración lo hacen solo cuando una carga eléctrica alcanza un valor específico. El disparo, a su vez, influye en la carga de otras neuronas, de manera parecida a como ocurre en un cerebro real.

El bloque de construcción básico empleado por los investigadores en las primeras pruebas con su nueva arquitectura de computación consistió en un núcleo que contenía 256 líneas de entrada (“axones) y 256 líneas de salida (“neuronas”). Conectaron más de 4.000 de tales núcleos y los incorporaron en un chip digital de ordenador llamado “TrueNorth”, que tiene más de 256 millones de “sinapsis” que intercambian señales eléctricas. El chip completó con éxito una prueba compleja de detección de imágenes (una tarea compleja de procesamiento en la que el cerebro humano es mucho más eficiente que un sistema informático tradicional). En la prueba, el chip tenía que distinguir cosas como personas o ciclistas, sin dejarse confundir por el fondo sobre el cual aparecían. El diseño de los investigadores no es sólo energéticamente eficiente, sino también ampliable a escalas mayores; los chips TrueNorth pueden ser ensamblados entre ellos para construir sistemas funcionales de cientos de miles de núcleos, cientos de millones de neuronas, y cientos de miles de millones de sinapsis.

Esta investigación ha recibido financiación de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA), dependiente del Departamento de Defensa de Estados Unidos.