Những Điểm Chính
- Hiệu suất kỷ lục: Con chip mới đạt độ trễ 2,12 mili giây cho mỗi lần lặp trong quá trình tái tạo động bề mặt não bộ, nhanh hơn từ 50 đến 478 lần so với các hệ thống sử dụng GPU Nvidia A100.
- Công nghệ: Thiết bị sử dụng memristor chuyển pha và khai thác hiện tượng "trôi dẫn suất" để thực hiện tính toán trong bộ nhớ có kiểm soát, loại bỏ hoàn toàn việc di chuyển dữ liệu giữa bộ nhớ và bộ xử lý.
- Tác động ứng dụng: Con chip giảm mức tiêu thụ năng lượng lên đến 24 lần và mở ra khả năng ứng dụng trong định vị thần kinh phẫu thuật, chẩn đoán sớm các bệnh thoái hóa thần kinh và giao diện não-máy tính.
Một con chip tái tạo não bộ theo thời gian thực
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Yang Yuchao thuộc Đại học Bắc Kinh dẫn dắt, phối hợp cùng Viện Vi hệ thống và Công nghệ Thông tin thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã phát triển một con chip có khả năng tái tạo theo thời gian thực bề mặt vỏ não. Kết quả nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Science, mô tả thiết bị này là con chip đầu tiên trên thế giới dành cho hệ thống thần kinh động dựa trên memristor chuyển pha.
Nút thắt cổ chai của kiến trúc von Neumann
Các máy tính truyền thống tách biệt hoàn toàn bộ nhớ và bộ xử lý. Mỗi phép tính phức tạp đòi hỏi việc di chuyển liên tục dữ liệu giữa hai đơn vị này, một quá trình tiêu tốn thời gian và năng lượng. Sự tách biệt này, được gọi là nút thắt cổ chai von Neumann, cho đến nay đã ngăn cản việc mô phỏng theo thời gian thực sự phức tạp của não bộ con người.
Tính toán ngay bên trong bộ nhớ
Nhóm nghiên cứu đã khai thác hiện tượng trôi dẫn suất, một đặc tính vật lý của memristor chuyển pha vốn từ trước đến nay được xem là một khiếm khuyết, biến nó thành công cụ tính toán. Con chip thu được vừa lưu trữ dữ liệu vừa thực hiện các phép toán ngay bên trong nó, theo một phương pháp được gọi là tính toán trong bộ nhớ có kiểm soát. Theo Yang, những phép toán trước đây đòi hỏi các chu kỳ số, truy cập bộ nhớ đệm và truyền dữ liệu, giờ đây được thực hiện thông qua chính sự biến đổi vật lý của thiết bị.
Những con số từ thử nghiệm
Được sản xuất bằng quy trình 40 nanomet, con chip đạt độ trễ 2,12 mili giây cho mỗi lần lặp, đánh dấu lần đầu tiên phần cứng dành cho hệ thống thần kinh động bước vào kỷ nguyên mili giây. Trong các thử nghiệm tái tạo vỏ não, con chip đã vượt qua tốc độ của các hệ thống sử dụng GPU Nvidia A100 từ 50 đến 478 lần, và trong một số trường hợp, đã vượt qua cả các bộ xử lý chuyên dụng (ASIC) lên đến 36 lần. Mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn tới 24 lần so với các giải pháp truyền thống.
Những ứng dụng lâm sàng đang chờ đợi
Khả năng tạo ra bản đồ não ba chiều theo thời gian thực mở ra cơ hội ứng dụng trực tiếp trong định vị thần kinh trong lúc phẫu thuật, mang lại lợi ích tiềm năng về độ chính xác trong quá trình can thiệp ngoại khoa. Cùng nguyên lý này có thể cho phép sàng lọc sớm các bệnh thoái hóa thần kinh như bệnh Alzheimer, thông qua việc phân tích liên tục cấu trúc não bộ. Con chip cũng được kỳ vọng sẽ thúc đẩy sự phát triển của các giao diện não-máy tính và việc xây dựng các bản sao số hóa cá nhân hóa của não bộ, những mô hình ảo có thể được sử dụng để thử nghiệm các liệu pháp điều trị và theo dõi diễn biến bệnh lý ở từng bệnh nhân cụ thể.
