At bygge bro mellem maskiner og hjernen

Her lærer du teknologien og alt det andet bag neuromorfisk databehandling, som snart vil transformere, hvordan du skaber ting ved hjælp af computere!

Arbejdsbelastningen af ​​computere er stadigt stigende med væksten af ​​avanceret teknologi som kunstig intelligens (AI), machine learning (ML), Internet of Things (IoT), AI-robotter, automatiserede produktionslinjer og meget mere.

Nutidens computere, der arbejder med halvlederchips, har nået deres evne til at behandle beregninger hurtigere, forbruger mindre energi, spreder varme effektivt og endelig deres evne til at blive meget mindre end håndholdte enheder.

Her kommer neuromorfisk databehandling! Denne teknologi gør det muligt for dataloger og neuromorfe ingeniører at lave computere, der fungerer som menneskelige hjerner. Fortsæt med at læse til slutningen for at lære alt, hvad du behøver at vide om denne banebrydende computerteknologi!

Hvad er neuromorf computing?

Neuromorphic computing er en computerarkitektur, der ligner, hvordan den menneskelige hjerne fungerer. Specifikt arbejder dataloger på at skabe prototyper af syntetiske neuroner, der efterligner biologiske neuroner og deres synapser.

Den menneskelige hjerne bruger 86 milliarder neuroner i et kompakt rum af 1260 kubikcentimeter. Den synaptiske forbindelse mellem disse neuroner styrer hukommelse, syn, ræsonnement, logisk tænkning, motoriske bevægelser og mange flere funktioner i kroppen. Selvfølgelig har vi ikke brug for noget eksternt kølesystem til at afkøle hjernens behandlingsenheder, fordi det er meget energieffektivt.

Således vil rigtige neuromorfe computere fungere ligesom den menneskelige hjerne, men ved hjælp af kunstige synaptiske enheder, CPU’er og GPU’er. Disse computere vil også være i stand til at tilpasse sig situationen og ikke fuldt ud stole på forprogrammering, hvilket de fleste super- og personlige computere gør.

For eksempel Intel Loihi 2 er andengenerations neuromorfe forskningschip. Den indeholder omkring 1 million syntetiske neuroner pr. chip, der efterligner det biologiske hjernesystem i computersystemer. Det drives af Lava-softwarerammerne, som er et open source-operativsystem til forskning og udvikling af neuromorfe beregninger.

Neuromorfisk teknik

Det er indsatsområdet, hvor dataloger lærer og designer computerdele med henblik på neuromorfisk databehandling, såsom neuromorfe chips, kunstige synaptiske enheder, energieffektivitetsstrategier og mere.

I denne teknologiske forsknings- og udviklingsdisciplin vil ingeniører også arbejde på neuromorfe sensorer, der efterligner sensoriske systemer hos mennesker, såsom øjne, hud, nerveimpulser osv.

  Bedste VM-overvågningsværktøjer til at holde et vågent øje med dine virtuelle maskiner

Neuromorphic Computing: Nøgleprincipper og begreber

  • Biomimicry emulerer strukturen og funktionen af ​​den menneskelige hjernes neurale netværk.
  • Spiking Neuroner er kunstige neuroner, der kommunikerer via spidser eller impulser af aktivitet.
  • Parallel Processing muliggør samtidig databehandling, svarende til hjernens parallelle informationshåndtering.
  • Hændelsesdrevet behandling fokuserer på relevante dataændringer og sparer energi ved at undgå konstant beregning.
  • Synaptisk Plasticitet letter de adaptive forbindelser mellem kunstige neuroner til indlæring og hukommelse.
  • Strategien for lavt strømforbrug prioriterer energieffektivitet, hvilket gør den velegnet til mobil og edge computing.
  • Realtidsbehandling er ideel til applikationer, der kræver hurtig beslutningstagning, såsom robotteknologi og autonome systemer.
  • Neuromorf hardware er en specialiseret hardwarearkitektur, der optimerer neuromorfe computeropgaver.
  • Kognitiv databehandling har til formål at udvikle systemer, der er i stand til kognitive funktioner, såsom perception og beslutningstagning.
  • Der er en tværfaglig tilgang, der kombinerer neurovidenskab, datalogi og teknik for at fremme neuromorfe beregningssystemer.
  • Nu vil vi diskutere, hvordan neuromorf computing fungerer.

    Hvordan virker neuromorfisk databehandling?

    Neuromorphic computing anvender hardwarekomponenter inspireret af strukturerne og funktionerne af neuroner og synapser i biologiske hjerner. Den primære type neuromorf hardware er det spiking neurale netværk (SNN), hvor noder, kendt som spiking neuroner, administrerer og lagrer data på samme måde som biologiske neuroner.

    Kunstige synaptiske enheder etablerer forbindelser mellem spiking neuroner. Disse enheder anvender analoge kredsløb til at transmittere elektriske signaler, der ligner hjernesignaler. I modsætning til konventionelle computere, der bruger binær kodning, måler og koder spikneuroner direkte diskrete analoge signalændringer.

    Hardwarekomponenter i neuromorfisk databehandling

    Billedkredit: Intel

    #1. Spikende neuroner og synaptiske enheder

    Syntetiske neuroner behandler og transmitterer data ved hjælp af spidslignende elektriske signaler. Disse er forbundet med synaptiske enheder.

    Synaptiske enheder replikerer synapserne i biologiske hjerner. Synaptiske enheder muliggør kommunikation mellem piggede neuroner.

    #2. Analogt kredsløb

    Disse kredsløb håndterer elektriske signaler i en analog teknik, der efterligner hjernesignaler.

    #3. Memristorer

    Disse ikke-flygtige modstande kan lagre og behandle information, der almindeligvis anvendes i neuromorfisk hardware.

    #4. Neuromorfe chips

    Neuromorfe chips er specialiserede integrerede kredsløb designet til neuromorfe computeropgaver. Disse er filamentær-oxid-baserede resistive memory technology (OxRAM)-baserede computerchips.

    #5. Neurale kerner

    Disse er behandlingsenheder dedikeret til at køre neurale netværkssimuleringer og beregninger.

    #6. Hændelsesdrevne sensorer

    Disse avancerede sensorer registrerer ændringer i data og udløser neurale reaktioner, hvilket optimerer strømeffektiviteten. For eksempel kan Event-based Vision Sensors (EVS) transmittere data hurtigere ved lave latenser ved at analysere belysningsændringerne i pixels.

    #7. Hukommelsesenheder

    Lagerkomponenter til at bevare information og lette læring i neuromorfe systemer.

    #8. Neuromorfe hardwareplatforme

    Omfattende systemer designet til at understøtte og udføre neuromorfe computerapplikationer.

    #9. Digital-til-analog konvertere

    DAC’er konverterer digitale data til analoge signaler til neural behandling.

    Softwarekomponenter til neuromorfisk databehandling

    Billedkredit: Intel

    #1. Neurale netværkssimulatorer

    Disse er programmer, der efterligner adfærden af ​​spike neurale netværk. Disse specialiserede værktøjer gør det muligt at teste og eksperimentere på neuromorfe computere.

    #2. Neuromorfe softwarerammer

    Avanceret software, der letter udvikling og simulering af neuromorfe modeller og algoritmer til neuromorfisk databehandling.

    #3. Læringsalgoritmer

    Disse softwarerutiner gør det muligt for kunstige neurale netværk at tilpasse sig og forbedre deres ydeevne over tid gennem træning.

      10 bedste apps til at træne dine hunde til at adlyde dig

    #4. Neuromorfe programmeringsbiblioteker

    Et sæt samlinger af forudskrevet kode og funktioner til at forenkle udviklingen af ​​neuromorfe applikationer.

    #5. Software til neuromorfisk syn

    Software designet til behandling af visuelle data i neuromorfe synssystemer, såsom hændelsesbaserede kameraer.

    #6. Neuromorfe emulatorer

    Disse specialiserede værktøjer giver udviklere mulighed for at simulere adfærden af ​​neuromorf hardware på konventionelle computersystemer til test og fejlfinding.

    #7. Brugergrænsefladesoftware

    GUI’er eller CLI’er letter kommunikationen mellem neuromorfisk hardware og computersystemer på højere niveau. Værktøjerne letter integrationen i bredere applikationer yderligere.

    #8. Neuromorfe softwareudviklingssæt

    Disse er omfattende SDK-pakker, der giver værktøjer, biblioteker og dokumentation til at bygge neuromorfe apps.

    Use Cases for Neuromorphic Computing

    Autonome køretøjer

    Neuromorf hardware og algoritmer kan hjælpe selvkørende biler med at træffe beslutninger i realtid. Dette vil yderligere forbedre sikkerheden og navigationen i komplekse trafikscenarier.

    Billedgenkendelse

    Neuromorf databehandling kan forbedre billedgenkendelse ved at muliggøre effektiv behandling af visuelle data. I applikationer som ansigtsgenkendelse i realtid og genstandsgenkendelse kan dette være et stort spring.

    Naturlig sprogbehandling

    Det kan forbedre tale- og sprogforståelse i AI-chatbots, virtuelle assistenter, AI-dataanalyseværktøjer osv. Dette vil yderligere føre til mere samtale- og responsive interaktioner.

    Energieffektiv computing

    IoT og IIoT kræver supersmå computere med lokale behandlingskapaciteter ved mindst mulig energiforsyning. Neuromorf computerteknologi vil gøre det muligt for IoT-hardwareudviklere at producere mere effektive og smarte gadgets til at styre hjem, kontorer og industrifaciliteter.

    Læs også: IIoT vs IoT: Differences and Similarities

    Cybersikkerhed

    I økosystemer for cybersikkerhed og internetdatabeskyttelse kan neuromorfisk databehandling hjælpe med afsløring af anomalier ved at analysere netværkstrafikmønstre. Derved vil disse systemer identificere potentielle sikkerhedstrusler mere effektivt.

    Læringsressourcer

    #1. Neurale netværk i Python fra bunden: Udemy

    Denne Udemy kursus om neurale netværk i Python tilbyder dig praktisk erfaring med neuromorfisk databehandling og maskinlæring. Det lærer dig at programmere neurale netværk fra bunden i almindelig Python.

    Kurset vil introducere skjulte lag og aktiveringsfunktioner til dig for at udvikle mere brugbare netværk. Det hjælper dig også med at forstå aspekter som inputlaget, outputlaget, vægte, fejlfunktion, nøjagtighed osv.

    #2. Neuromorphic Computing: Klasse Central

    Dette gratis online kursus er tilgængelig via YouTube, og du kan få adgang til det på dit passende tidspunkt. Kurset varer mere end en halv time.

    Det er opdelt i flere sektioner, såsom Machine That Works Like The Brain, The End of Turing-von Neumann Paradigm, Operational temperature range ATI VS cognitive ability (EQ), Global Energy Consumption, Computation Limits, etc.

    #3. Neuromorfe computerprincipper og -organisation

    Når du læser denne bog, vil du lære principperne og organiseringen af ​​neuromorfisk databehandling. Det fokuserer også på byggeteknikker til fejltolerant skalerbar hardware til neurale netværk med indlæringsmuligheder.

    Udover at dele oversigten over neuromorfe computersystemer, giver det dig mulighed for at udforske det grundlæggende i kunstige neurale netværk. Bogen diskuterer også kunstige neuroner og evolution. Desuden vil du komme til at lære implementeringsmetoderne for neurale netværk i forskellige tilgange, såsom neuronmodeller, lagringsteknologier og inter-neuronkommunikationsnetværk.

    Denne ressource vil vise sig at være gavnlig for dem, der er villige til at udvikle et effektivt neuromorfisk system i hardware. Andre temaer, der diskuteres i denne bog, er udfordringerne ved at opbygge en spids neural netværksarkitektur, nye hukommelsesteknologier, neuromorfisk systemarkitektur osv.

      Sådan installeres Raspberry Pi OS med skrivebordet på Raspberry Pi 4

    #4. Neuromorphic Computing and Beyond: Parallel, Approximation, Near Memory og Quantum

    Denne bog tilbyder en komparativ diskussion om nogle nye tendenser såsom Neuromorphic, Approximate, In Memory, Parallel og Quantum Computing, der kan hjælpe dig med at overvinde begrænsningerne i Moores lov.

    Denne ressource viser brugen af ​​de ovennævnte paradigmer til at forbedre computerkapaciteten. Det hjælper især udviklerne, når de står over for skaleringsbegrænsninger på grund af stigningen i computerkraft. Desuden giver denne bog et state-of-the-art overblik over neuromorfisk databehandling og væsentlige detaljer om andre paradigmer.

    #5. Neuromorfisk teknik

    Efter at have læst denne bog, vil du have en fuldstændig forståelse af neuromorfisk ingeniørkunst fra perspektiverne af tre forskellige kategorier af fagfolk: videnskabsmanden, computerarkitekten og algoritmedesigneren.

    Det er lige meget, hvilken baggrund du kommer fra – det giver dig mulighed for at forstå begreberne gennem forskellige discipliner og værdsætte feltet. Bortset fra dette fokuserer ressourcen på det grundlæggende i neuronal modellering, neuromorfe kredsløb, neurale tekniske rammer, neurale arkitekturer og begivenhedsbaseret kommunikation.

    Efter at have læst denne bog vil neuromorfe ingeniører lære om de forskellige aspekter af kognitiv intelligens.

    #6. Neuromorfe computersystemer til industrien 4.0

    Fra denne bog vil du lære om det neurale computerbaserede mikrochipteknologifelt. Ved at dække emner som neural netværksbeskyttelse, følelsesgenkendelse og biometrisk autentificering giver det dig mulighed for at lære detaljeret om dette dynamiske felt.

    Uanset om du er studerende, videnskabsmand, forsker eller akademiker, vil det fungere som en væsentlig ressource for dig.

    #7. Neuromorfe enheder til hjerne-inspireret computing

    Hvis du vil udforske de banebrydende neuromorfe teknologier, så læs denne bog. Den er skrevet af et team af ekspertingeniører og har en omfattende diskussion af alle aspekter af neuromorfisk elektronik.

    Den dækker både memristiske og neuromorfe enheder, omfatter den seneste udvikling inden for hjerne-inspireret databehandling og udforsker dens potentielle anvendelser i neuromorfe databehandling og perceptuelle systemer.

    Udfordringer ved neuromorfisk databehandling

    #1. Unøjagtighed

    Mens neuromorfe computere absolut er mere effektive med hensyn til energi sammenlignet med neurale hardware og GPU’er, er de ikke mere nøjagtige end resten.

    #2. Mangel på definerede benchmarks

    Dette forskningsfelt har ikke nogen klart definerede benchmarks for ydeevne og fælles udfordringsproblemer. Derfor er vurdering af ydeevnen og effektiviteten af ​​de neuromorfe computere ret vanskelig.

    #3. Software begrænsninger

    Softwaren til neuromorfisk databehandling halter stadig efter hardwaren. Forskere bruger stadig softwaren og algoritmerne beregnet til von Neumann-hardware, hvilket begrænser resultaterne til standardtilgange.

    #4. Brugssvær

    Medmindre du er ekspert, kan du ikke bruge neuromorfe computere. Desuden har eksperter ikke skabt nemme værktøjer og sprog, så alle kan bruge dem.

    Neuromorphic Computing: Etiske overvejelser

    Mens vi diskuterer neuromorfisk databehandling, må vi ikke ignorere de etiske overvejelser. Der er altid en chance for at misbruge denne teknologi. Det kan bruges til at generere falske billeder og videoer med den hensigt at sprede misinformation, vildlede folk og påvirke offentlighedens opfattelse.

    Det kan også være årsagen til privatlivets fred hos enkeltpersoner. Hvis det indsamler brugernes data uden samtykke eller viden for at behandle enorme mængder data, vil det helt sikkert give anledning til bekymring. Bortset fra disse kunne neuromorfisk databehandling arve skævheder fra træningsdataene. Hvis det sker, kan neuromorfisk databehandling producere uretfærdige eller diskriminerende resultater.

    Fremtiden for neuromorfisk databehandling

    Neuromorphic computing er i stand til at revolutionere, hvordan forskellige enheder kommunikerer med hinanden. Med dens hjælp kan du forvente at have energieffektiv og hjerne-inspireret databehandling i fremtiden.

    Ved hjælp af AI-algoritmer vil enheder lære af hinanden og blive mere lydhøre over for ændringer. Som et resultat vil netværksarkitekturer blive mere effektive og behandle data hurtigere.

    I øjeblikket kan den udføre sansnings- og perceptionsopgaver. Du kan dog forvente, at det vil transformere AI, robotteknologi og sundhedsområder med hurtigere og smartere enheder. Med innovationen inden for relaterede sektorer kan du forvente hardware- og softwarefremskridt inden for neuromorfisk databehandling.

    Tjek derefter vores detaljerede artikel om ambient computing.