Čínský čip mapuje mozek 478x rychleji než NVIDIA A100: Změní diagnostiku nemocí a neurochirurgii

Čínští vědci vyvinuli paměťový čip, který dokáže modelovat složité mozkové struktury v reálném čase. Tento průlom by mohl zásadně zlepšit diagnostiku mozkových onemocnění, rozvoj mozkově-počítačových rozhraní a navigaci při chirurgických zákrocích.

Čínští vědci vyvinuli paměťový čip, který dokáže modelovat složité mozkové struktury v reálném čase. Tento průlom by mohl zásadně zlepšit diagnostiku mozkových onemocnění, rozvoj mozkově-počítačových rozhraní a navigaci při chirurgických zákrocích. Čip o velikosti 40 nanometrů, vytvořený výzkumníky z Pekingské univerzity a Čínské akademie věd, integruje umělou neuronovou síť přímo do svého hardwaru. Tým uvádí, že dokáže rekonstruovat složitý zvrásněný povrch mozku za méně než půl sekundy.

Vědci oznámili, že čip je pro tento úkol 50 až 478krát rychlejší než systémy poháněné grafickou procesorovou jednotkou Nvidia A100. Zvýšení výkonu pramení z architektury „computing-in-memory“, která provádí ukládání dat a výpočty ve stejném paměťovém poli, čímž se snižují zpoždění způsobená přesouváním dat mezi oddělenými paměťovými a zpracovávacími jednotkami. Namísto toho, aby „drift vodivosti“ ve fázově měnitelných memristorech považovali za vadu, tým tuto vlastnost využil k provádění neuronových dynamických výpočtů, což umožňuje rychlé a energeticky účinné zpracování.

Vědci navrhli čip tak, aby řešil dlouhodobou výzvu v zobrazování mozku, kde konvenční hardware jen obtížně drží krok s velkým objemem dat potřebných k rekonstrukci vysoce zvrásněného povrchu mozku. Rychlejší zpracování by mohlo učinit pokročilé modelování mozku praktičtějším v nemocnicích, kde klinici často potřebují výsledky rychle pro podporu diagnostiky a rozhodování o léčbě.

Spojení paměti a výpočtů

Vedoucí autor Yang Yuchao, profesor na Pekingské univerzitě a zástupce děkana Fakulty elektroniky a počítačového inženýrství, uvedl, že čip dokáže přesně rekonstruovat zvrásněnou mozkovou kůru pro lékařské aplikace. „Tento průlom otevírá nové možnosti pro mozkově-počítačová rozhraní a diagnostiku a léčbu mozkových chorob,“ řekl Yang státnímu deníku Guangming Daily. Dodal, že „v budoucnu budou možné personalizované a dynamické digitální mozkové dvojčata.“ Yang také uvedl, že technologie „poskytuje hardwarový základ, který může fungovat v reálném čase pro intraoperační neuronavigaci, včasný screening Alzheimerovy choroby a personalizované intervence.“

Lidský mozek obsahuje složité záhyby, které zvětšují jeho povrchovou plochu a umožňují miliardám neuronů vejít se do lebky. Rekonstrukce těchto struktur tradičně vyžadovala výkonné výpočetní systémy a zdlouhavé výpočty, což omezovalo jejich použití v časově citlivých lékařských prostředích.

Rychlejší klinické zobrazování mozku

Nový design odstraňuje jedno z největších úzkých míst v konvenční počítačové architektuře, kde jsou paměť a procesory fyzicky odděleny. Kombinací obou funkcí na stejném čipu systém snižuje latenci a zároveň snižuje spotřebu energie. V doprovodné analýze výzkumníci z německého Jülich Research Centre přirovnali tento přístup ke „zpracování syrového mléka na mléčné farmě namísto jeho převozu do továrny“, čímž zdůraznili efektivitu provádění výpočtů tam, kde jsou data uložena.