2024-09-15 19:21:28 英文原文
利默里克大学的一组研究人员推出了一种创新的设计方法用于计算目的的分子。这种方法从人脑功能中汲取灵感，有可能显着提高人工智能系统的速度和能源效率。
由伯纳尔研究所达米安·汤普森教授领导的研究小组已经发现了在最基本的分子水平上操纵材料的新技术。他们的研究结果最近发表在《自然》杂志上，代表了神经形态计算领域的重大飞跃，神经形态计算是计算机科学的一个分支，旨在模仿生物神经网络的结构和功能。
这一发现的核心在于一种巧妙的方法来利用分子内原子的自然运动。汤普森教授解释说，我们本质上是利用原子固有的摆动来处理和存储信息。这种方法允许在单个分子结构内创建多个存储状态，每个存储状态对应一个独特的电状态。
该团队的方法与传统的基于硅的计算有很大不同。在传统计算机中，信息是使用开或关、1 或 0 的二进制状态来处理和存储的。然而，利默里克团队的分子设计允许在比原子还小的空间内存在多种状态，从而极大地提高了信息密度和处理能力。
这种分子尺度的操作解决了神经形态计算中最持久的挑战之一：实现高分辨率。到目前为止，类脑计算平台仅限于低精度操作，限制了其在信号处理、神经网络训练和自然语言处理等复杂任务中的使用。利默里克团队的突破克服了这一障碍，为高级人工智能应用开辟了新的可能性。
通过重新概念化底层计算架构，研究人员创建了一个能够以前所未有的能源效率执行资源密集型工作负载的系统。他们的神经拟态加速器由印度科学研究所的 Sreetosh Goswami 教授牵头，实现了每秒每瓦 (TOPS/W) 令人印象深刻的 4.1 万亿次运算，标志着计算能力和节能方面的重大进步。
这一发现的影响远远超出了学术研究的范畴。正如汤普森教授指出的那样，这种开箱即用的解决方案可以为所有计算应用程序带来巨大的好处，从能源消耗大的数据中心到内存密集型数字地图和在线游戏。更高效、更强大、更通用的计算系统的潜力可能会彻底改变从医疗保健和环境监测到金融服务和娱乐等行业。
虽然直接影响对于数据中心和边缘计算来说，很明显，这一分子计算突破可以促进众多领域的创新。例如，在医疗保健领域，这些高精度神经拟态系统可以实现复杂生物数据的实时分析，从而可能彻底改变个性化医疗和药物发现过程。
该技术的能源效率使其在太空探索方面特别有前景。和卫星通信，其中功率限制是一个重大挑战。未来的火星探测器或深空探测器可以受益于更强大的机载计算，而不增加能源需求。
在气候科学领域，这些分子计算机可以增强我们模拟复杂环境系统的能力，从而产生更多准确的气候预测和更明智的政策决策。同样，在金融领域，该技术可以改变风险评估和高频交易算法，从而有可能创造更稳定、更高效的市场。
将计算能力集成到日常物品中的 everyware 概念开辟了令人着迷的可能性。想象一下，衣服可以监测您的健康状况并实时调整其隔热性，或者食品包装可以检测腐败并自动调整其保存机制。建筑物可以不仅仅是静态结构，还可以动态优化能源使用并响应环境变化。
随着研究的进展，我们可能会看到混合系统的出现，它将传统的基于硅的计算与分子神经形态组件相结合，利用两种方法的优点。这可能会带来计算架构的新范式，模糊硬件和软件之间的界限，并可能彻底改变我们设计和构建计算系统的方式。
The University利默里克的分子计算突破是一种范式转变，可以重新定义我们与计算的关系。通过将生物过程的效率与数字系统的精度相结合，这项创新为我们刚刚开始想象的可能性打开了大门。当我们站在这个新时代的边缘时，跨行业和社会变革的潜力是巨大的，预示着未来计算不仅仅是一种工具，而是我们日常生活中不可或缺的、看不见的一部分。