Processador neuromórfico supera processadores digitais

Com informações da New Scientist - 28/11/2012

Até agora cada processador analógico só conseguia imitar um circuito particular do cérebro - o Spikey, por sua vez, pode recriar qualquer padrão. [Imagem: Pfeil et al.]

Processadores analógicos

Processadores de computador que imitam o cérebro estão se mostrando capazes de superar os chips convencionais em aspectos cruciais.

Eles também poderão revolucionar a nossa compreensão de como o cérebro funciona.

Tentativas de simular o cérebro geralmente envolvem construir programas de computador para que se comportem como grupos de neurônios - são as redes neurais artificiais.

As tentativas mais avançadas, contudo, envolvem um projeto realmente "neuromórfico", que tenta recriar o hardware do cérebro usando componentes analógicos.

"Os circuitos analógicos morreram depois que os computadores digitais se tornaram mais poderosos," diz Karlheinz Meier, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha.

Meier, contudo, está ajudando a ressuscitá-los.

Processador neuromórfico

O processador Spikey, criado por Meier e uma equipe envolvendo pesquisadores de 15 universidades europeias, já possui 400 neurônios.

O processador é a finalização de um projeto que deu os primeiros resultados em 2009, quando o grupo apresentou o primeiro protótipo do seu "cérebro em um chip".

Os neurônios reais possuem uma tensão elétrica em sua membrana externa, o que o processador Spikey imita usando capacitores, componentes eletrônicos que armazenam cargas elétricas.

Tal como em um neurônio real, quando a tensão aplicada atinge um certo nível, o condensador torna-se condutor, disparando um "sinal nervoso" - esse sinal é chamado spike em inglês, de onde deriva o nome do processador neuromórfico.

O Spikey também imita as sinapses, as conexões entre os neurônios, por meio das chamadas sinapses artificiais.

Sinapses artificiais

Em um processador digital normal, cada elemento de informação só pode ter um valor 0 ou 1.

Mas os componentes analógicos podem ter níveis variáveis de resistência para simular as conexões entre os neurônios.

Essa resistência pode se tornar mais forte ou mais fraca dependendo de quantas vezes os componentes são usados - é o princípio dos chamados memristores, componentes eletrônicos que estão viabilizando a construção de computadores que aprendem.

Já existem outros processadores neuromórficos com número similar de neurônios, como um apresentado recentemente por uma equipe do MIT:

• Processador analógico imita o cérebro

Contudo, até agora cada processador analógico só conseguia imitar um circuito particular do cérebro - o Spikey, por sua vez, pode recriar qualquer padrão.

A equipe conectou os neurônios de maneiras diferentes para imitar circuitos cerebrais diferentes. Eles já modelaram seis redes neurais, incluindo uma encontrada no sistema olfativo dos insetos.

Já está pronto o projeto do primeiro processador neuromórfico multicore, que terá seis núcleos e capacidade para simular mais de um milhão de neurônios. [Imagem: Brainscale Project]

Vantagens dos processadores neuromórficos

Processadores neuromórficos têm vantagens sobre os chips convencionais, o que os torna úteis em determinadas situações.

Por exemplo, eles não separam a memória da computação propriamente dita, ou do cálculo - a informação é armazenada na força sináptica. Assim, processadores neuromórficos rodam mais rápido usando menos energia.

Eles também lidam melhor com defeitos. Interromper uma via em um processador digital convencional pode inutilizá-lo completamente, mas um processador neuromórfico vai continuar funcionando, ainda que mais lentamente.

A NASA está financiando uma outra pesquisa nos EUA que pretende criar um processador neuromórfico para controlar robôs exploradores, que ficarão menos imunes a danos induzidos pela radiação do espaço.

A IBM também já se convenceu dos ganhos, tendo apresentado seu primeiro processador cognitivo no ano passado.

Esses chips inovadores também permitirão que as teorias de como o cérebro funciona sejam testadas, em experimentos que sistematicamente mudam a forma como cada neurônio e cada rede neural se comportam.

Neuromórfico multicore

A equipe está agora ampliando o Spikey como parte de um projeto chamadoBrainScales. "Em vez de 400 neurônios, teremos 200 mil," disse Thomas Pfeil, membro da equipe.

Os pesquisadores já imprimiram todos os componentes em uma única pastilha de silício, com 20 centímetros de diâmetro, o que lhes permitiu incorporar muito mais conexões.

No próximo ano, ele será utilizado para simular parte do córtex do cérebro de um rato.

A seguir, a equipe planeja conectar seis wafers em paralelo, criando um processador neuromórfico de seis núcleos, capaz de simular mais de um milhão de neurônios.

O objetivo a médio prazo é modelar todo o córtex visual de um rato.

• Computadores neurais: cientistas querem reproduzir cérebro de gato

Bibliografia:

Six networks on a universal neuromorphic computing substrate
Thomas Pfeil, Andreas Grübl, Sebastian Jeltsch, Eric Müller, Paul Müller, Mihai Petrovici, Michael Schmuker, Daniel Brüderle, Johannes Schemmel, Karlheinz Meier
ArXiv
http://arxiv.org/abs/1210.7083

A2RAM: memória revolucionária promete ultraminiaturização

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/11/2012

Noel Rodriguez (esquerda) e Francisco Gamiz (direita) apresentam o primeiro protótipo de sua memória de transístor único, a A2RAM.[Imagem: UGR]

Revolução nas memórias?

Cientistas da Universidade de Granada, na Espanha, apresentaram o que eles alegam ser a maior inovação na área de memórias desde o advento dos computadores.

"Desde sua invenção nos anos 1960 por Robert Dennard, na IBM, as instruções e os dados necessários para o funcionamento de um computador são armazenados como zeros e uns em matrizes de células DRAM (Dynamic Random Access Memory)," comentou Francisco Gamiz.

Embora continuamente miniaturizadas, essas memórias veem funcionando praticamente com o mesmo conceito. Algo que o grupo de Gamiz e Noel Rodríguez espera mudar agora.

A-RAM e A2RAM

Os pesquisadores espanhóis projetaram sua memória A-RAM (Advanced Random Access Memory- memória de acesso aleatório avançada) em 2009.

Agora eles conseguiram fabricar os primeiros protótipos para demonstrar que o conceito funciona de fato - sobretudo que é possível fabricá-lo em escala industrial.

Segundo os pesquisadores, as células de memória A-RAM e sua variante A2RAM podem solucionar os problemas de miniaturização com que estão se deparando as memórias DRAM, que equipam praticamente todos os dispositivos digitais, como computadores, smartphones e tablets.

As novas memórias apresentam tempos de retenção de dados mais longos, consumo de energia muito baixo e uma grande separação entre os níveis lógicos, o que as torna especialmente imunes ao ruído, às interferências e à variabilidade dos processos tecnológicos de fabricação.

Esquema da memória de transístor único A-RAM (em cima) e A2RAM (embaixo). [Imagem: F. Gamiz]

Memória de transístor único

Cada bit de memória DRAM é formado por um transistor e um capacitor. O dado é armazenado na forma de uma carga elétrica, e o transístor é usado para acessá-lo.

Atualmente já existem células de memória DRAM com dimensões na faixa dos 20 nanômetros, mas está se mostrando inviável miniaturizá-las ainda mais.

Isto se deve sobretudo à carga mínima necessária para distinguir claramente entre os dois estados de um bit (0 ou 1), o que tem impedido reduzir o tamanho do capacitor.

Os pesquisadores espanhóis projetaram então uma nova célula de memória sem o capacitor, formada por um único transístor.

"Se não podemos reduzir ainda mais o tamanho dos capacitores, a solução é substituí-lo por células de memória 1T-DRAM - memórias DRAM de um só transístor - que armazenam a informação no próprio transístor," disse Gamiz.

O transístor serve simultaneamente para armazenar a informação e para detectar o estado da célula, isto é, acessar o dado.

Rumo ao mercado

Segundo os pesquisadores, as memórias A-RAM e A2RAM receberam 10 patentes em Japão, EUA, Coreia e União Europeia.

Empresas como Samsung e Hynix (Coreia) e Micron (EUA) já demonstraram interesse em investir na fabricação das novas memórias.

Bibliografia:

Experimental Demonstration of Capacitorless A2RAM Cells on Silicon-on-Insulator
N. Rodriguez, C. Navarro, F. Gamiz, F. Andrieu, O. Faynot, S. Cristoloveanu
Electron Device Letters
Vol.: 99 - Page(s): 1 - 3

Impressora da Toshiba apaga tinta de documento para reutilizar papel

19/11/2012 11h52 - Atualizado em 19/11/2012 11h52

Impressora, composta por duas máquinas, deve custar US$ 17 mil.
'Loops' usa tinta removível para depois apagar documento com calor.

Do G1, com France Press

Funcionária da Toshiba demonstra impressora
que reutiliza papéis (Foto: Yoshikazu Tsuno/AFP)Fonte: G1

A Toshiba Tec apresentou uma nova impressora que apaga a tinta de documentos para serem reutilizados como folhas de papel em branco. Chamada “Loops”, a impressora é composta por duas máquinas: a primeira é uma fotocópia que usa toners com tinta removível. A segunda vem com um aquecedor que aplica calor no papel para limpá-lo.

Conforme a "ABC News", o sistema tem a capacidade de apagar 30 folhas por minuto, reduzindo a quantidade de papel utilizado em 80%, de acordo com um porta-voz da empresa, que é subsidiária da gigante de eletrônicos japonesa Toshiba. A máquina seleciona e elimina os papéis danificados depois da "reciclagem". Cada folha pode ser reutilizada até cinco vezes.

A Toshiba Tec espera lançar a impressora no mercado japonês em fevereiro por 1,41 milhões de ienes, ou mais de US$ 17 mil, conforme a “ABC News”. A máquina deve chegar ao mercado internacional em maio de 2013.

Cientistas querem testar se vivemos em uma Matrix

Com informações da New Scientist - 06/11/2012

Será que nós próprios não poderíamos estar vivendo dentro de uma simulação do tipo Matrix?[Imagem: Sourceforge/EffecTV]

A arte que imita a vida

Todos os fãs da trilogia Matrix sempre se questionaram se seria realmente possível que fôssemos uma espécie de "agentes de software" da vida real.

Ou se o que chamamos de "vida real" não seria de fato uma "vida virtual" fundada em uma outra realidade à qual não temos acesso direto.

Agora esta questão está sendo levada a sério pelos cientistas, que estão propondo um teste para sabermos se estamos ou não vivendo em uma simulação computadorizada.

A ideia, proposta por uma equipe da Universidade de Bonn, na Alemanha, parece ir bem mais longe do que outro conceito mais em voga, de que nosso Universo pode ser um gigantesco holograma.

Segundo eles, mesmo nossos deuses-programadores devem ter à disposição uma capacidade de processamento limitada e, sobretudo, devem cometer erros de programação.

E essas imperfeições devem criar erros na simulação que nós podemos ser capazes de detectar.

Simulações realísticas

As simulações computadorizadas são uma das principais ferramentas usadas pelos cientistas hoje, sejamos nós virtuais ou não.

Os simuladores permitem estudar tudo, de um você-virtual e da física dos arco-írisaté o Universo, passando pelo planeta Terra inteiro e pelo nascimento das galáxias.

• Simulador do Juízo Final permite destruir a Terra com um clique

As simulações costumam criar matrizes 3D de "células", ou "átomos", que interagem de forma crescente até formar a coisa toda que se propõe estudar.

Como o poder computacional está crescendo continuamente, torna-se razoável pensar que um dia possamos simular o Universo inteiro, detalhe por detalhe.

• Mundo virtual tipo Matrix pode se realizar em poucos anos

Isso imediatamente leva à questão: Será que nós próprios não poderíamos estar vivendo dentro de uma simulação?

Falhas na Matrix

Silas Beane e seus colegas propõem que, se estivermos vivendo em uma matriz simulada por computador - uma Matrix - então os raios cósmicos, partículas carregadas que chispam pelo Universo, provavelmente estão viajando ao longo das linhas que conectam os diversos elementos dessa matriz.

Ou seja, a rota dos raios cósmicos deveria seguir uma estrutura geométrica precisa - eles não viriam de todos os ângulos possíveis.

Isso seria uma "falha" na Matrix, uma inconsistência que poderíamos detectar.

Mas vai levar um tempo até que você possa liberar seu Neo interior, ou alimentar a esperança de ser "o escolhido".

Os limites de energia dos raios cósmicos observados em nosso Universo significam que, se nosso Universo for mesmo uma simulação, as "células" de sua matriz não poderiam ser menores do que 10^-12 femtômetros para que a falha aparecesse.

Seria então, uma questão de construir detectores de raios cósmicos suficientemente precisos para medir não apenas a energia, mas também o ângulo de chegada de cada "partícula" de energia.

É claro que estamos muito longe disto - o raio de um próton, por exemplo, mede pouco menos de 1 femtômetro.

Sinais dos criadores

Não há razão, contudo, para assumir que deuses-programadores suficientemente avançados não sejam capazes de projetar e rodar células ainda menores, nem que eles utilizem uma estrutura cúbica, como os cientistas presumem, o que de fato nos leva de volta à estaca zero.

Mas pode haver outras formas pelas quais os simuladores nos deem indicações de sua presença, eventualmente como um teste para avaliar a evolução das capacidades das suas criaturas virtuais.

Nick Bostrom, filósofo da Universidade de Oxford, recentemente sugeriu que os criadores da nossa realidade podem ter deixado mensagens nos alertando sobre sua existência, ou podem simplesmente nos transportar para sua realidade.

O fato é que a questão mais geral sobre se existem ou não outros níveis de realidade além deste que afeta nossos sentidos tem incomodado os filósofos há milênios.

Ou seja, não espere uma resposta definitiva para a questão tão cedo.

• Física Quântica e Matrix podem recriar-se mutuamente

Bibliografia:

Constraints on the Universe as a Numerical Simulation
Silas R. Beane, Zohreh Davoudi, Martin J. Savage
http://arxiv.org/abs/1210.1847

Cientistas querem testar se vivemos em uma Matrix

Com informações da New Scientist - 06/11/2012

Será que nós próprios não poderíamos estar vivendo dentro de uma simulação do tipo Matrix?[Imagem: Sourceforge/EffecTV]

A arte que imita a vida

Todos os fãs da trilogia Matrix sempre se questionaram se seria realmente possível que fôssemos uma espécie de "agentes de software" da vida real.

Ou se o que chamamos de "vida real" não seria de fato uma "vida virtual" fundada em uma outra realidade à qual não temos acesso direto.

Agora esta questão está sendo levada a sério pelos cientistas, que estão propondo um teste para sabermos se estamos ou não vivendo em uma simulação computadorizada.

A ideia, proposta por uma equipe da Universidade de Bonn, na Alemanha, parece ir bem mais longe do que outro conceito mais em voga, de que nosso Universo pode ser um gigantesco holograma.

Segundo eles, mesmo nossos deuses-programadores devem ter à disposição uma capacidade de processamento limitada e, sobretudo, devem cometer erros de programação.

E essas imperfeições devem criar erros na simulação que nós podemos ser capazes de detectar.

Simulações realísticas

As simulações computadorizadas são uma das principais ferramentas usadas pelos cientistas hoje, sejamos nós virtuais ou não.

Os simuladores permitem estudar tudo, de um você-virtual e da física dos arco-írisaté o Universo, passando pelo planeta Terra inteiro e pelo nascimento das galáxias.

• Simulador do Juízo Final permite destruir a Terra com um clique

As simulações costumam criar matrizes 3D de "células", ou "átomos", que interagem de forma crescente até formar a coisa toda que se propõe estudar.

Como o poder computacional está crescendo continuamente, torna-se razoável pensar que um dia possamos simular o Universo inteiro, detalhe por detalhe.

• Mundo virtual tipo Matrix pode se realizar em poucos anos

Isso imediatamente leva à questão: Será que nós próprios não poderíamos estar vivendo dentro de uma simulação?

Falhas na Matrix

Silas Beane e seus colegas propõem que, se estivermos vivendo em uma matriz simulada por computador - uma Matrix - então os raios cósmicos, partículas carregadas que chispam pelo Universo, provavelmente estão viajando ao longo das linhas que conectam os diversos elementos dessa matriz.

Ou seja, a rota dos raios cósmicos deveria seguir uma estrutura geométrica precisa - eles não viriam de todos os ângulos possíveis.

Isso seria uma "falha" na Matrix, uma inconsistência que poderíamos detectar.

Mas vai levar um tempo até que você possa liberar seu Neo interior, ou alimentar a esperança de ser "o escolhido".

Os limites de energia dos raios cósmicos observados em nosso Universo significam que, se nosso Universo for mesmo uma simulação, as "células" de sua matriz não poderiam ser menores do que 10^-12 femtômetros para que a falha aparecesse.

Seria então, uma questão de construir detectores de raios cósmicos suficientemente precisos para medir não apenas a energia, mas também o ângulo de chegada de cada "partícula" de energia.

É claro que estamos muito longe disto - o raio de um próton, por exemplo, mede pouco menos de 1 femtômetro.

Sinais dos criadores

Não há razão, contudo, para assumir que deuses-programadores suficientemente avançados não sejam capazes de projetar e rodar células ainda menores, nem que eles utilizem uma estrutura cúbica, como os cientistas presumem, o que de fato nos leva de volta à estaca zero.

Mas pode haver outras formas pelas quais os simuladores nos deem indicações de sua presença, eventualmente como um teste para avaliar a evolução das capacidades das suas criaturas virtuais.

Nick Bostrom, filósofo da Universidade de Oxford, recentemente sugeriu que os criadores da nossa realidade podem ter deixado mensagens nos alertando sobre sua existência, ou podem simplesmente nos transportar para sua realidade.

O fato é que a questão mais geral sobre se existem ou não outros níveis de realidade além deste que afeta nossos sentidos tem incomodado os filósofos há milênios.

Ou seja, não espere uma resposta definitiva para a questão tão cedo.

• Física Quântica e Matrix podem recriar-se mutuamente

Bibliografia:

Constraints on the Universe as a Numerical Simulation
Silas R. Beane, Zohreh Davoudi, Martin J. Savage
http://arxiv.org/abs/1210.1847