Những công nghệ có bước đột phá trong năm 2014 – Phần 2

Brain_Chip_Wide

Bộ vi xử lý mô phỏng hệ thần kinh của con người

Bộ vi xử lý, có khả năng làm việc giống hoạt động của não bộ con người hơn so với các thế hệ vi xử lý cũ, sẽ giúp máy tính trở nên thông minh hơn rất nhiều trong việc nhận biết và phản ứng lại với những gì xảy ra trong môi trường xung quanh.

1. Thử nghiệm của Qualcomm

qualcomm (1)

Một robot mang tên Pioneer với kích thước bằng một chú chó pug chầm chậm đi về phía hình nộm Captain America nằm lăn lóc trên tấm thảm. Pioneer và Caption America mặt đối mặt trong không gian của mô hình phòng ngủ trẻ em được xây dựng trong trailer của nhà sản xuất bộ vi xử lý không dây (wireless – chip) Qualcomm. Robot dừng lại, giống như đang suy nghĩ và đánh giá tình hình xung quanh, và sau đó sử dụng một công cụ có hình dáng giống máy xúc tuyết được gắn phía trước để đẩy hình nộm này về phía 3 cây cột – tượng trung cho ngăn chứa đồ chơi của trẻ nhỏ. Kỹ sư Llwoo Chang của Qualcomm vẫy cả 2 tay trước những cây cột – ra hiệu chỉ dẫn cho Pioneer nơi các hình nộm cần được đẩy vào. Pioneer nhận ra cử chỉ này của Chang bằng camera và tiếp tục thực hiện công việc của mình – lần này là với hình nộm Spider Man, Pioneer đưa thẳng hình nộm tới các vị trí các cây cột mà không cần Chang hướng dẫn nữa.

Buổi biểu diễn nêu trên tại trụ sở chính của Qualcomm (San Diego) có vẻ như không có gì đặc biệt nhưng nó đã cho thấy một ý tưởng, mặc dù còn tương đối mơ hồ, về tương lai của công nghệ máy tính. Robot Pioneer đã thực hiện một nhiệm vụ mà chỉ có thể thực hiện được bởi một máy tính mạnh, được lập trình đặc biệt và tiêu tốn nhiều điện năng. Tuy nhiên, Pioneer chỉ sở hữu một bộ vi xử lý của smartphone và với một phần mềm đặc biệt. Phần mềm này mô phỏng cách thức hoạt động của hệ thần kinh trong não bộ – mô phỏng cách làm việc bộ vi xử lý trong tương lai đã giúp Pioneer có khả năng nhận biết vật thể mà trước kia nó chưa bao giờ nhìn thấy, sắp xếp chúng theo nhiệm vụ giống nhau mà nó phải thực hiện đối với các vật thể đó. Và sau đó, với khả năng định hướng trong căn phòng, Pioneer đã đẩy các vật thể này tới điểm tập kết. Pioneer thực hiện công việc này không phải bằng một phần mềm nặng nề chuyên biệt mà đơn thuần là do khả năng hiểu và thực hiện nhiệm vụ chỉ qua một lần chỉ dẫn.

Cuối năm nay, Qualcomm sẽ công bố cách thức tích hợp công nghệ này vào các bộ vi xử lý silicon – những “bộ vi xử lý mô phỏng thần kinh” này, được thiết kế dựa trên cách hoạt động của một bộ não sinh học, sẽ có khả năng xử lý các dữ liệu được nhận thấy thông qua giác quan (dữ liệu giác quan – sensory data) như các hình ảnh, âm thanh và phản ứng lại đối với những thay đổi của dạng dữ liệu này mà không cần thông qua lập trình đặc biệt. Qualcomm hứa sẽ thúc đẩy phát triển trí tuệ nhân tạo và hướng tới một kỷ nguyên mà máy móc có thể hiểu và tương tác với thế giới theo cách của con người. Thiết bị y học trang bị các bộ cảm ứng có thể theo dõi các dấu hiệu sống để học cách chữa trị, cách điều chỉnh liều lượng thuốc và thậm chí dự báo sớm các vấn đề về sức khỏe. Điện thoại thông minh – smartphone có thể học để biết trước bạn muốn gì ví dụ như đặc điểm, tính cách của những người bạn muốn gặp gỡ, hoặc báo cho bạn biết đã đến lúc phải di chuyển tới cuộc họp tiếp theo. Những ô tô tự lái được Google thí nghiệm có thể không cần sự hỗ trợ của con người nữa, những robot dọn dẹp Roomba thông minh hơn sẽ không còn bị kẹt dưới gầm giường. “Chúng tôi sẽ xóa nhòa ranh giới giữa công nghệ silicon và hệ thống sinh học” Mathew Grob – giám đốc kỹ thuật của Qualcomm phát biểu.

2. Sơ lược về công nghệ

zeroth

Bộ vi xử lý của Qualcomm có thể xuất hiện sớm nhất là vào đầu năm sau, Qualcomm sẽ dành cả năm 2014 để tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện công nghệ sản xuất. Nếu xuất hiện, dự án được biết tới với tên gọi “chương trình Zeroth” sẽ là dự án thương mại đầu tiên dành cho hệ thống máy tính có bộ vi xử lý mô phỏng thần kinh. Chương trình này đang đứng đầu trong số các chương trình nghiên cứu, phát triển bộ vi xử lý mô phỏng thần kinh tại các trường đại học và các phòng thí nghiệm như Trung tâm nghiên cứu IBM và phòng thí nghiệm HRL (Hughes Research Laboratories). Những nơi này hiện đang phát triển các bộ vi xử lý của riêng mình thông qua các dự án trị giá tới 100 triệu USD phục vụ cho  Cơ quan Đặc trách Kế hoạch Nghiên cứu Quốc Phòng Cao cấp (Defense Advanced Research Projects Agency thuộc Bộ Quốc phòng Mỹ). Tương tự như vậy, Dự án Não bộ con người (Human Brain Project) tại Châu Âu với chí phí khoảng 100 triệu Euro cho việc phát triển bộ vi xư lý mô phỏng thần kinh bao gồm cả việc nghiên cứu tại các trường đại học như Đại học Heidelberg và Đại học Manchester. Một nhóm khác tại Đức gần đây đã có báo cáo khoa học về việc sử dụng bộ vi xử lý mô phỏng thần kinh và phần mềm để nhận biết các loại cây cối thông qua hương hoa của chúng bằng cách mô phỏng hoạt động của cơ quan xử lý mùi của côn trùng

Những máy tính ngày nay đều sử dụng “kiến trúc von Neumann” – luân chuyển dữ liệu qua lại giữa bộ xử lý trung tâm và bộ nhớ theo các dãy tính toán liên lục. Phương pháp này có hiệu quả cao trong việc xử lý số và thực hiện các chương trình được viết sẵn, nhưng lại không đạt hiệu quả tốt trong việc xử lý hình ảnh hoặc âm thanh cũng như phản ứng lại đối với hình ảnh và âm thanh này. Điều này được minh chứng vào năm 2012, khi Google sử dụng phần mềm trí tuệ nhân tạo để thử nhận biết những con mèo trong video với điều kiện không cung cấp trước cho phần mềm này các khái niệm về mèo, và việc thử nghiệm này đã cần tới 16000 bộ vi xử lý truyền thống để hoàn thành nhiệm vụ này.

Để tiếp tục nâng cao hiệu suất, các bộ vi xử lý truyền thống cần được trang bị nhiều hơn các bóng bán dẫn (transistor) có tốc độ cao hơn, tăng bộ nhớ đệm silicon và đường truyền dữ liệu, tuy nhiên nhiệt lượng tỏa ra của các thành phần này khi vận hành đã hạn chế tốc độ của toàn thể bộ vi xử lý, và vấn đề này trở nên đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị di động với lượng pin eo hẹp. Nó có thể gây ra hiện tượng treo máy trong quá trình xử lý hình ảnh, âm thanh và thông tin cảm ứng khác thành các tác vụ như nhận diện khuôn mặt (face recognition) hoặc định vị, dẫn đường cho xe hơi.

Đối với thử thách vật lý nan giải này, Qualcomm thể hiện mối quan tâm sâu sắc hơn bất kỳ ai. Sự gia tăng về số lượng người sử dụng thiết bị di động đi kèm với những đòi hỏi ngày càng cao của họ đối với thiết bị của mình. Những dịch vụ hỗ trợ cá nhân hiện nay như Apple’s Siri và Google Now còn rất nhiều hạn chế bởi vì Siri và Google Now phải nhờ tới điện toán đám mây (cloud) – tức là nhờ tới sự hỗ trợ của những máy tính mạnh hơn để trả lời hoặc lường trước các câu hỏi.  “Chúng tôi đã đụng đầu phải các bức tường”,  Jeff Gehlhaar – phó chủ tịch kỹ thuật của Quadlcomm – người lãnh đạo đội ngũ kỹ sư của chương trình Zeroth phát biểu.

Bộ vi xử lý mô phỏng thần kinh được phát triển căn cứ trên cách xử lý thông tin với số lượng luồng song song khổng lồ của não bộ – sử dụng hàng tỷ nơ ron thần kinh và hàng tỷ tỷ khớp nối thần kinh xử lý các thông tin đầu vào qua kích thích thị giác và thính giác. Những nơ ron thần kinh này phản ứng bằng cách thay đổi cách tiếp xúc với những nơ ron thần kinh khác khi hình ảnh, âm thanh và các dữ liệu giác quan thay đổi. Và chúng ta gọi quá trình đó là “học – learning”. Bộ vi xử lý cũng sở hữu mạng thần kinh như vậy, và cơ chế hoạt động cũng giống như não bộ. Đó là lí do khiến robot Pioneer của Qualcomm, mặc dù còn đang trong quá trình sử dụng phầm mềm mô phỏng bộ vi xử lý tương lai, có thể đưa hình nộm Spider Man tới cùng một địa điểm với hình nộm Captain America mặc dù không nhìn thấy hình nộm Spider Man trước đó.

Bộ vi xử lý mô phỏng thần kinh, mặc dù còn xa mới có khả năng lớn lao như não bộ, nhưng chắc chắn sẽ có tốc dộ xử lý dữ liệu giác quan nhanh hơn và khả năng “học” tốt hơn rất nhiều so với các bộ xử lý hiện thời. Mọi cố gắng trong việc sự dụng phần mềm đặc biệt dựa trên các bộ vi xử lý truyền thống – giống như thí nghiệm của Google nêu trên – đều không có hiệu quả. Jeff Hawkins – một trong những người đi đầu của Trí tuệ nhân tạo (AI) – cha đẻ của Palm Pilot trước đây, đã có ý kiến đối với Numenta – người viết phần mềm mô phỏng hoạt động của não bộ như sau “Anh không thể xây dựng nó chỉ bằng phần mềm, anh phải xây dụng nó bằng silicon”

3. Sơ lược về lịch sử và kế hoạch phát triển công nghệ

Ý tưởng về bộ vi xử lý mô phỏng thần kinh đã hình thành từ nhiều thập niên trước, Carver Mead – người thiết kế vi mạch tích hợp (IC – integrated-circuit) huyền thoại, trong năm 1990 đã viết về cách thức các analog chip có thể mô phỏng những xung điện của nơ ron thần kinh và khớp nối thần kinh trong não bộ. Nhưng ông đã không thành công trong việc chế tạo loại analog chip của mình. Cho tới nay, chỉ có bộ chip ngăn chặn tiếng ồn (noise suppression chip) do Công ty Audience chế tạo có thể được coi là một dạng chip mô phỏng thần kinh. Bộ chip này mô phỏng ốc tai người, đã được sử dụng rộng rãi trong các điện thoại của Apple, Samsung và các hãng điện thoại khác.

Trong công cuộc nghiên cứu và phá triển của mình, Qualcomm đã liên kết với Bran Corp.- một công ty khoa học nghiên cứu hệ thần kinh. Brain Corp đã làm việc thầm lặng trong vòng 5 năm để nghiên cứu các thuật toán mô phỏng chức năng và hoạt động của não bộ song song với việc phát triển phần cứng để thực hiện các thuật toán này. Chương trình Zeroth đã tập trung vào việc áp dụng các nghiên cứu của Brain Corp cho robot như một điểm khởi đầu. Cách robot tương tác cùng môi trường xunh quanh cung cấp những bài học về cách tiếp nhận, cách hoạt động của não và những bài học này sẽ được áp dụng tiếp theo với điện thoại thông minh và các thiết bị khác. Tên của chương trình lấy từ “Luật Zeroth” của  Isaac Asimov đối với robot “Một robot không được phép làm hại con người, hoặc, dù cho đã ngừng hoạt động, luôn cho phép con người quyền phá hủy”

Qualcomm thiết kế bộ vi xử lý của mình dưới dạng kỹ thuật số (digital chip) – dễ sản xuất hơn nhiều so với kỹ thuật tương tự (analog chip). Và thay vì mô phỏng sao cho giống với bộ não sinh học, Qualcomm chỉ tập trung vào hành vi của não bộ “Chúng tôi có thể mô phỏng rất nhiều hành vi mà chúng tôi quan sát được trong sinh học thông qua định dạng kỹ thuật số”, M. Anthony Lewis – kỹ sư của Chương trình Zeroth phát biểu.

Bộ vi xử lý mô phỏng thần kinh được nhận đính là phù hợp với hoạt động kinh doanh hiện tại của Qualcomm. Qualcomm có thể tích hợp một đơn vị xử lý mô phỏng thần kinh vào loại chip Snapdragon (sử dụng cho điện thoại di động) của mình với nhiệm vụ riêng biệt như nhận diện hình ảnh hoặc định vị dẫn đường, bên cạnh các thành phần sẵn có của Snapdragon như đơn vị xử lý đồ họa. Ngoài ra, Qualcomm còn có thể bán bản quyền công nghệ của mình cho các công ty khác – một cách kinh doanh mang lại lợi nhuận cao.

Qualcomm đặc biệt quan tâm tới việc bộ vi xử lý mô phỏng thần kinh có khả năng biến chiếc điện thoại thông minh thành một người bạn đồng hành luôn chú ý tới hành động của bạn, chú ý tới môi trường xung quanh và “học” các thói quen của bạn.

“Nếu bạn và thiết bị của bạn có cùng một nhận thức về môi trường xung quanh, thiết bị của bạn có khả năng sẽ hiểu được ý định của bạn và dự đoán được nhu cầu của bạn”, Samir Kurmar – giám đốc phát triển kinh doanh của Qualcomm phát biểu.

Và như vậy, chiếc điện thoại di động của bạn trong tương lai có thể sẽ sở hữu “giác quan số thứ sáu”

Tương lai của Trí tuệ nhận tạo ?

Tương lai của Trí tuệ nhận tạo ?

Nguồn : technologyreview
Shadowsong @ Khoa học 247., Biên dịch

Authors

Related posts

Top