مرز میان زیستشناسی و کامپیوتر یک قدم دیگر محوتر شده است. در سنگاپور نمونه اولیه یک دیتاسنتر زیستی راهاندازی شده که بهجای تکیه کامل بر پردازندههای متداول، از کامپیوترهایی مجهز به نورونهای زنده انسانی برای پردازش اطلاعات استفاده میکند.
این پروژه حاصل همکاری شرکت استرالیایی Cortical Labs، دانشکده پزشکی دانشگاه ملی سنگاپور (NUS Medicine) و شرکت زیرساخت دیتاسنتر DayOne است.
در قلب این سیستم یک رک شامل ۲۰ کامپیوتر زیستی CL1 قرار دارد؛ دستگاههایی که سلولهای عصبی زنده پرورشیافته در آزمایشگاه را با سختافزار سیلیکونی ترکیب میکنند.
کامپیوتری که واقعاً نورون زنده دارد
CL1 یک کامپیوتر معمولی با شبیهسازی نرمافزاری مغز نیست.
در هر دستگاه، نورونهای انسانی پرورشیافته در آزمایشگاه روی یک تراشه مجهز به الکترود قرار میگیرند. این الکترودها امکان ارتباط دوطرفه میان سیستم دیجیتال و سلولهای عصبی را فراهم میکنند.
کامپیوتر میتواند سیگنالهای الکتریکی برای نورونها ارسال کند و در مقابل فعالیت الکتریکی آنها را دریافت و به داده قابل پردازش تبدیل کند.
به این ترتیب، خود شبکه نورونهای زنده به بخشی از سیستم محاسباتی تبدیل میشود.
صدها هزار نورون در هر CL1
هر واحد CL1 حداقل حدود ۲۰۰ هزار نورون پرورشیافته در آزمایشگاه را در خود جای میدهد.
این نورونها از سلولهایی ایجاد میشوند که ابتدا به سلولهای بنیادی بازبرنامهریزی شده و سپس به سلولهای عصبی تبدیل شدهاند.
نورونها روی آرایهای از الکترودها رشد میکنند و در محیطی کنترلشده زنده نگه داشته میشوند.
اما برخلاف یک پردازنده سیلیکونی که براساس مجموعهای ثابت از دستورالعملها عمل میکند، شبکه نورونی میتواند در واکنش به محرکها رفتار خود را تغییر دهد.
همین قابلیت یادگیری و سازگاری طبیعی، دلیل اصلی علاقه پژوهشگران به «محاسبات زیستی» است.
چرا باید از سلول مغز برای محاسبات استفاده کنیم؟
یکی از مشکلات بزرگ هوش مصنوعی مدرن مصرف انرژی است.
آموزش و اجرای مدلهای بزرگ به تعداد زیادی GPU و دیتاسنترهایی با مصرف برق بسیار بالا نیاز دارد.
مغز انسان از طرف دیگر نمونهای فوقالعاده از محاسبات کممصرف است. میلیاردها نورون میتوانند با مصرف انرژی بسیار پایینتر از زیرساختهای عظیم محاسباتی، اطلاعات پیچیده را پردازش کنند.
Cortical Labs امیدوار است بخشی از همین بهرهوری زیستی را وارد دنیای کامپیوتر کند.
طبق اطلاعات منتشرشده درباره CL1، هر واحد در حدود چند ده وات انرژی مصرف میکند؛ بنابراین یک رک کامل از این کامپیوترهای زیستی میتواند با مصرف انرژی بسیار پایینتری نسبت به رکهای سنگین GPU فعالیت کند.
نورونها باید زنده بمانند
اما استفاده از پردازنده زنده یک مشکل کاملاً جدید ایجاد میکند: برخلاف تراشه سیلیکونی، باید آن را زنده نگه داشت.
نورونهای CL1 در محیطی کنترلشده قرار دارند که شرایط لازم برای بقای سلولها را فراهم میکند.
سیستمهای داخلی دستگاه دما، گازها و مواد مغذی موردنیاز سلولها را کنترل میکنند و محیط زیستی موردنیاز شبکه عصبی را حفظ میکنند.
درواقع نگهداری چنین دیتاسنتری فقط به برق، شبکه و سیستم خنککننده محدود نیست؛ اپراتورها با زیرساختی سروکار دارند که بخشی از سختافزار آن از سلولهای زنده تشکیل شده است.
این دیتاسنتر قرار نیست جای GPUها را بگیرد
با وجود جذابیت ایده، نباید این پروژه را جایگزینی آماده برای دیتاسنترهای هوش مصنوعی انویدیا یا سایر زیرساختهای محاسباتی امروزی تصور کرد.
نمونه سنگاپور درحالحاضر یک محیط تحقیقاتی است.
هدف پژوهشگران بررسی نحوه عملکرد محاسبات زیستی در مقیاس بزرگتر، میزان پایداری سیستم، مصرف انرژی و کاربردهایی است که شبکههای عصبی زنده ممکن است در آنها نسبت به معماریهای متداول مزیت داشته باشند.
یکی از حوزههای مهم، پژوهشهای پزشکی و علوم اعصاب است.
از آنجا که CL1 از نورونهای واقعی استفاده میکند، پژوهشگران میتوانند واکنش شبکههای عصبی به داروها، بیماریها یا محرکهای مختلف را بررسی کنند؛ کاربردی که میتواند در تحقیقات مربوط به مغز و توسعه داروهای جدید ارزشمند باشد.
از بازی Pong تا دیتاسنتر زیستی
Cortical Labs سالهاست روی ترکیب سلولهای عصبی و کامپیوتر کار میکند.
این شرکت پیشتر با پروژه DishBrain توجه زیادی جلب کرده بود؛ آزمایشی که در آن شبکهای از نورونهای پرورشیافته در آزمایشگاه توانست در محیطی شبیه بازی Pong رفتار خود را در واکنش به بازخورد تغییر دهد.
CL1 تلاش این شرکت برای تبدیل همان مفهوم تحقیقاتی به یک پلتفرم محاسباتی قابل برنامهریزی است.
اکنون قرارگرفتن ۲۰ دستگاه CL1 در یک زیرساخت دیتاسنتری نشان میدهد محاسبات زیستی از آزمایشهای کوچک آزمایشگاهی بهسمت سیستمهای بزرگتر حرکت میکنند.
آیا آینده هوش مصنوعی واقعاً زیستی است؟
هنوز بسیار زود است که کامپیوترهای زیستی را رقیب مستقیم پردازندههای امروزی بدانیم.
پرسشهای زیادی درباره مقیاسپذیری، طول عمر سلولها، قابلیت تکرار نتایج، هزینه نگهداری و حتی مسائل اخلاقی چنین سیستمهایی وجود دارد.
اما ویژگی مهم این فناوری در نوع محاسبات آن است.
پردازندههای معمولی تلاش میکنند رفتار شبکههای عصبی را با ترانزیستور و نرمافزار شبیهسازی کنند؛ درحالیکه CL1 مستقیماً از شبکه عصبی زیستی بهعنوان بخشی از سختافزار محاسباتی استفاده میکند.
اگر این فناوری بتواند از مرحله تحقیقاتی عبور کند، ممکن است در آینده شاهد زیرساختهایی باشیم که در آنها سیلیکون و سلولهای زنده در کنار یکدیگر محاسبات را انجام میدهند.
در آن صورت، اصطلاح «شبکه عصبی» دیگر فقط نام یک معماری نرمافزاری نخواهد بود؛ بخشی از کامپیوتر واقعاً از نورون ساخته شده است.
