يظهر نهج الحوسبة الذي يتطلب طاقة ما يصل إلى 8000 مرة من الطرق التقليدية كإجابة محتملة على إحدى التكنولوجيا الأهم التحديات: استهلاك الطاقة غير المستدام لأنظمة الحوسبة الحديثة.
تكتسب التقنيات العصبية – التي تحاكي بنية الدماغ من خلال دمج التخزين والمعالجة – زخماً في هولندا ، حيث يتشكل نظام بيئي متنوع للباحثين والشركات الناشئة وشركات التكنولوجيا المعروفة للتقدم في هذا المجال.
“نحن نتحدث بشكل أساسي عن طريقة جديدة للحوسبة” ، قال فريتس جروتينهويسمدير توب تكنولوجيا المعلومات والاتصالات ، وهي منظمة وطنية تنسق وتحفز الابتكار الرقمي في هولندا. “إنه يتعلق بشكل خاص بسعة التخزين ومعالجة البيانات. مع رؤى من كيفية عمل الدماغ البشري ، يمكننا حساب أسرع وأرخص وبأقل طاقة.”
على عكس العديد من التقنيات الناشئة التي تركز على جانب واحد من الحوسبة ، تمتد التقنيات الأشكال العصبية على أبعاد متعددة. وقال “إنه يشمل المواد والأجهزة والخوارزميات والهندسة المعمارية والتطبيقات”. “هذا يجعلها رائعة ولكنها صعبة – تحتاج إلى التفكير في تقدم كل بُعد مع الحفاظ على تكاملها.”
على مستوى الأجهزة ، التكنولوجيا العصبية أَدْخَلق مواد ومكونات جديدة مصممة لتقليد الشبكات العصبية. العمارة تختلف اختلافا أساسيا عن التقليدية الخامسعلى تصميمات نيومان عن طريق القضاء على الفصل بين الذاكرة ووحدات المعالجة. يقلل هذا الموقع المشترك بشكل كبير من الطاقة المطلوبة لحركة البيانات ، مما يتيح الحوسبة الأكثر تكيفية ومرونة.
وقال جروتنهويس: “يمكن إجراء معالجة البيانات أكثر في المصدر نفسه ، سواء كانت مستشعرات أو غير ذلك”. “هذا لا يجعل الأمر فقط أكثر من كفاءة في الطاقة ومستدامة ، ولكن أيضًا يعزز الخصوصية لأن البيانات الحساسة لا تحتاج إلى نقلها إلى الخوادم الخارجية.”
تخيل عالمًا يعمل فيه جهاز الكمبيوتر الخاص بك على طاقة المصباح الكهربائي بدلاً من مزرعة الخادم المتعطش للطاقة. هذا هو وعد الحوسبة العصبية. وفقا للباحثين وراء أ ورقة بيضاء شاملة على الحوسبة العصبية في هولنداو التناظرية تتطلب الحوسبة في الذاكرة حوالي 100 ميغاواط، مقارنة مع 100 واط لوحدة المعالجة المركزية النموذجية و 300-800W لوحدة معالجة الرسومات. ويمثل هذا زيادة مذهلة في الكفاءة تصل إلى 8000 مرة ، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة مع الحفاظ على الأداء.
التطبيقات العملية
في حين أن الأسس النظرية للحوسبة العصبية الشكل كانت موجودة منذ عقود ، فإن التطورات الحديثة تسرع إمكاناتها للتطبيقات العملية. وقال جروتنهويس: “إن الولايات المتحدة والصين يتقدمون على هذا الموضوع”. “لكن داخل أوروبا ، لدينا موقع جيد. المملكة المتحدة وألمانيا وسويسرا متقدمة للغاية ، وهولندا في مكان ما في الوسط أو أعلى قليلاً.”
ومع ذلك ، فإن الناتج العلمي الهولندي في هذا المجال ينمو بمعدل نسبة أعلى من الصين ، وفقًا ل تقرير عن التقنيات العصبية بتكليف من توب تكنولوجيا المعلومات والاتصالات. يمتد النظام الإيكولوجي للبحوث في البلاد إلى مؤسسات متعددة ، بما في ذلك cognigron في جامعة جرونينجن ، ميسا+/أدمغة في جامعة ترينتي ، والمبادرات في جامعة تو دلفت وتو إيندهوفن وجامعة رادبود.
تتماشى الاختراقات الأخيرة في هذه المؤسسات مع العمل الذي تم إنجازه في مكان آخر في هولندا. في عام 2022 ، أعلن الباحثون في جامعة Twente أنهم طوروا مفاتيح جزيئية تحاكي مشابك الدماغ – وهو مكون حاسم للأنظمة العصبية. كما أوضح البروفيسور كريستيان نيخويس في التغطية السابقة بواسطة الكمبيوتر أسبوعيًا، يمكن أن تجعل هذه المفاتيح الجزيئية الحوسبة من 10 إلى 100 مرة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
يظهر النظام الإيكولوجي الهولندي أيضًا علامات واعدة لنقل السوق. وقال جروتنهويس: “لدى هولندا الآن العديد من الشركات الناشئة التي تقود مع التقنيات العصبية”.
شركات مثل Axeleraai و Innatera لقد جلبت بالفعل أجهزة إلى السوق ، بينما البعض الآخر ، مثل فصاعدا ، جراي مختبرات المادة و علم الاكتشافات ، تقدم العديد من التطبيقات العصبية.
مجموعة من التطبيقات
أحد التحديات في مناقشة تقنيات الشكل العصبي هو اتساع نطاق التطبيقات المحتملة – من أجهزة الحوسبة في إنترنت الأشياء إلى تعزيز قدرات الذكاء الاصطناعي وتمكين خدمات الرعاية الصحية الجديدة.
وقال جروتنهويس: “يمكن أن يشمل ذلك الزراعة الدقيقة في قطاع الأغذية الزراعية ، ويصبح قطاع الطاقة أكثر استدامة وأكثر ذكاءً”. “إن الإمكانات هائلة ، خاصة من منظور الاستدامة وكفاءة الطاقة لهذه التكنولوجيا الجديدة.”
وفق توب استكشاف تكنولوجيا المعلومات والاتصالات ، من المتوقع أن تظهر التطبيقات العملية في نطاق زمني مختلف. بعض ، مثل كاميرات “القائمة على الأحداث”-أجهزة استشعار تستهلك الطاقة فقط عندما يكون هناك تغيير في مجال الرؤية-يتم نشرها بالفعل. تمثل هذه الكاميرات مثالًا مبكرًا على تكنولوجيا الاستشعار العصبي في العمل.
على المدى المتوسط ، الكشف الكيميائي وأجهزة استشعار الصوت وتطبيقات الروبوتات من المتوقع أن تكتسب الجر. قد تتضمن التطبيقات طويلة الأجل (2030-2035) أنظمة متطورة للمركبات ذاتية القيادة ، وارتداء EMG التي تتفاعل مباشرة مع الخلايا العصبية التي تتحكم في العضلات ، وأنظمة الروبوت التعاونية.
ومع ذلك ، فإن Grotenhuis يحرص على عدم الإفراط في تقديم الطلبات الفورية. وقال “من الصعب التنبؤ بالضبط كيف سيتطور هذا”. “بين الآن وخمس سنوات ، أعتقد أننا سنرى بشكل أساسي النمو في الشركات المهتمة بالتكنولوجيا ، ركزوا على الابتكار في التكنولوجيا نفسها والتطبيقات الأولية. من المحتمل أن تصبح الآثار التخريبية حقًا مرئية بعد خمسة إلى 15 عامًا.”
بناء نظام بيئي وطني
تعمل هولندا على إنشاء نظام بيئي أكثر تماسكًا حول تقنيات الشكل العصبي لتسريع التطور في هذا المجال. توب دعمت تكنولوجيا المعلومات والاتصالات المبادراتو مشتمل ال المذكورة أعلاه أبيض ورقة عن حالة الحوسبة العصبية في هولندا و تجارة مهمة إلى المملكة المتحدة للتعلم من وربما التعاون مع الباحثين والشركات البريطانية.
هذا العلاقة الدولية تتناسب مع استراتيجية أوروبية أوسع. خصصت المفوضية الأوروبية مؤخرًا مئات المليارات من اليورو للرقمنة ، بما في ذلك الحوسبة الكمومية ومرافق الذكاء الاصطناعي. استثمارات مماثلة في البنية التحتية للحوسبة العصبية يمكن أن تسرع التقدم في القارة. وقال جروتنهويس: “نحتاج حقًا إلى النظر إلى المستوى الأوروبي معًا والبحث عن التعاون عندما تكون ذات صلة ومناسبة”.
تتماشى الجهود مع الاستراتيجية الوطنية للتكنولوجيا في هولندا ، والتي حددت التقنيات العصبية الأشكال كواحدة من 44 تقنيات رئيسية لمستقبل البلاد ، وتم إعطاء الأولوية لعشرة هذه التقنيات لجدول أعمال العمل الوطني. وقال: “نريد توصيل التقنيات العصبية الشكل بجدول أعمال الذكاء الاصطناعي والبيانات ، إلى جانب عمليات الانتقال مع التقنيات الأخرى مثل أشباه الموصلات والحوسبة الكمومية”.
يعد النهج المتكامل أمرًا ضروريًا بالنظر إلى الطبيعة متعددة الأبعاد للتكنولوجيا والتآزر المحتمل مع نماذج الحوسبة المتقدمة الأخرى. تؤكد الورقة البيضاء على الحوسبة العصبية في هولندا أن الأنظمة العصبية الشكل يمكن أن تكمل التقنيات الحالية بدلاً من استبدالها. على سبيل المثال ، يمكن أن تتحسن الحوسبة العصبية بشكل كبير بشكل كبير كفاءة الطاقة الخاصة بـ AI من خلال تمكين معالجة البيانات المحلية. عند دمجها مع الحوسبة الكمومية ، يمكن أن تسهم في حل المشكلات المعقدة مثل اكتشاف المخدرات. مدمج مع الضوئيات ، يمكن أن توفر الأنظمة العصبية البصرية مزايا حيث يكون التواصل السريع للغاية أمرًا بالغ الأهمية.
مع توقعات تصل إلى 19 مليار دولار بحلول عام 2030 ، تستعد الحوسبة العصبية الشكل للنمو الأسي – بشرط تحقيق اختراقات رئيسية.
ما هو مؤكد هو أن البحث عن المزيد من الحوسبة الموفرة للطاقة ليس رفاهية ، ولكن ضرورة. في هولندا – دولة ذات مساحة بدنية محدودة وقدرة على الشبكة لمركز البيانات – لا تقدم الحوسبة العصبية الفرص الاقتصادية فحسب ، بل توفر أيضًا مساهمة ملموسة في أهداف الاستدامة.
مع استمرار تطور النظام الإيكولوجي الهولندي للتقنيات العصبية ، فإنه يمثل رهانًا كبيرًا على نهج الحوسبة الذي يستلهم من نظام الحوسبة الأكثر تطوراً في الطبيعة – الدماغ البشري. على الرغم من أننا قد لا نطابق أبدًا كفاءة الدماغ المذهلة خارج أجسامنا ، إلا أن جزءًا صغيرًا من قدراته يمكن أن يحول الحوسبة كما نعرفها.
