El mundo entero se ha vuelto consciente de las capacidades de procesamiento de información del cerebro, por lo que hoy en día se busca aprender de él para revolucionar la próxima generación de computadoras. IBM es la principal interesada, por lo que ha desarrollado un programa para fusionar la biología y la electrónica en sus nuevos procesadores.
IBM está aportando el equipamiento para el “Proyecto Cerebro Humano” europeo, con el cual se espera desarrollar simuladores del funcionamiento cerebral. En primera instancia se quiere simular el de un ratón, para posteriormente pasar al humano.
La simulación se realizará desde un nivel bioquímico hasta las neuronas, con lo cual se espera poder encontrar nuevos tratamientos para enfermedades como el Alzheimer, la esquizofrenia o el autismo.
Esto abrirá el paso a computadoras que podrán percibir lo que sucede a su alrededor, hacer juicios de valor, comunicarse con lenguaje natural y aprender de la experiencia.
Para llegar a estas metas existen varias dificultades, siendo una de las principales el consumo de energía. La evolución ha permitido que el cerebro se vuelva muy eficiente de manera natural en el procesamiento de información, llegando a consumir solo 20 watts de energía. Para graficar qué significa esto, hoy por hoy la computadora más eficiente es WATSON, desarrollada por IBM, que consume 85 Kilowatts, casi 40 mil veces más.
Obviamente mientras más capacidad de procesamiento tiene un computador más energía consume, por lo que la necesidad obligó a cambiar las unidades de medida de eficiencia, pasando de “procesos por segundo” a “procesos por joule de energía”, lo que implicó una mejoría.
Aunque este cambio fue muy bueno, IBM busca modificar nuevamente la medición a una más similar al cerebro: “procesos por litro”, transformando así las capacidades de cálculo desde un espacio en dos dimensiones (por ejemplo un circuito normal) a un espacio volumétrico, o tridimensional.
“En un computador, los procesadores ocupan una millonésima parte del volumen. En el cerebro, ocupan el 40%. Nuestro cerebro es una objeto volumétrico, denso” dijo Bruno Michael, miembro del equipo de investigación de envasados térmicos de IBM y doctorado en biofísica.
¿Cuál es el problema con el sistema clásico? La extensión obligada de construcción de chips. Mientras más grande el circuito del chip más energía se necesita para generar comunicación, por lo que si se reduce en un mismo volumen se aumenta la eficiencia.
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El sistema circulatorio de los nuevos procesadores
Para conseguir chips en configuración 3D, IBM ha diseñado una tecnología llamada “vías de silicio” (TSVs por sus siglas en inglés), las cuales permiten que el refrigerante pase por el interior de cada componente del procesador, en vez de alrededor. ¿Crees que es similar a lago en el cuerpo? Exacto.
Este sistema se inspira en los vasos sanguíneos o venas del sistema circulatorio, por lo que el líquido refrigerante sería prácticamente la sangre de este nuevo bioprocesador.
IBM ya tiene un prototipo llamado Aquasar, que puede generar 7,9 mil millones de procesos por segundo por gramo de dióxido de carbono lanzado a la atmósfera (lo que, por motivos que todos conocemos, podría llegar a convertirse en la siguiente unidad de medida).
Pero eso no es todo el líquido que se utilizará los bioprocesadores. IBM también está desarrollando un sistema llamado REDOX, el que utiliza fluidos para distribuir la energía vía líquido en vez de cables. Similar a una batería, REDOX posee dos líquidos electrolitos que distribuyen la energía necesaria a través de los componentes del procesador.
“Vamos a proveer refrigerante y energizante con fluidos” dijo Michael. “Así es como nuestro cerebro lo hace”.
Los conductores de los electrolitos miden a penas 100 micrómetros de ancho, similares a un cabello humano. Las baterías de este tipo producirán entre 0,5 y 3 volts, con lo que, con la tecnología actual, IBM puede entregar 1 watt por centímetro cuadrado de circuito.
Esta tecnología, según Michael, debería estar disponible entre 10 a 15 años más, pero cuando suceda las supercomputadoras “podrán ser del tamaño de una mochila y no de una cancha de basquetball”.
“Una computadora de un petaflop en 10 litros, esa es nuestra meta”. Un petaflop permite realizar 10 mil millones de procesos matemáticos por segundo. La computadora más potente hoy en día, Tianhe-2, permite 33,86 petaflops (33,8 mil millones de operaciones por segundo), y ocupa 720 mts2.
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Un cerebro computacional
Actualmente se está utilizando toda la tecnología de IBM para el “proyecto cerebro humano” con lo cual se espera llegar a simular toda la actividad cerebral de un ratón, quienes poseen cerca de 70 millones de neuronas.
Pero el objetivo final es simular la actividad cerebral humana. Se espera que cuando suceda, sea en el centro de supercomputación Juelich, para lo cual se necesitará alcanzar un exaflop, o 100 mil millones de procesos de coma flotante por segundo.
“Es imposible mapear el cerebro experimentalmente, porque es demasiado complicado” dijo Henry Markram, director de EPFL. Teniendo 55 tipos diferentes de neuronas, que se pueden conectar entre sí de 3 mil maneras distintas, y que se pueden ver afectadas por más de 600 enfermedades, variaciones genéticas y cambios a lo largo de la vida para humanos de distintos sexos, simplemente no se puede.
Pero lo que sí se puede hacer es predecir la cantidad de neuronas, donde están las proteínas y cómo interactúan en el cerebro. Con el “proyecto cerebro humano” los investigadores usarán estos computadores para entender cómo se forma el cerebro, y cómo responde a estímulos sensoriales y nerviosos.
Pero planteando la vista aun más lejos, ¿Podrían estos próximos computadores simular los estados de conciencia o almacenar recuerdos? ¿Podrían estos computadores auto-administrar la eficiencia energética como lo hace nuestro cerebro? ¿Podrían ser la fase final de la inteligencia artificial?
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