El circuito innovador tan poderosa como el cerebro humano

El circuito innovador tan poderosa como el cerebro humano

7 septiembre, 2021 Desactivado Por Alejandro

El circuito innovador tan poderosa como el cerebro humano

El reciente circuito es una molécula orgánico-metálica de 77 átomos que hace simultánamentamente de memoria y procesador, como las neuronas

Foto: Ilustración de las dendritas del cerebro
Ilustración de las dendritas del cerebro

El gran inconveniente que limita la potencia de cualquier ordenador moderno es su propia arquitectura. A grosso modo, una máquina tiene un procesador central encargado de hacer tareas con datos que llegan desde la memoria. Esta arquitectura — llamada von Neumann o Princeton — está inevitablemente limitada por el canal de comunicación entre procesador y memoria. Cada vez que un proyecto tiene que ejecutar una instrucción, el procesador tiene que acceder a datos de la memoria, procesarlos y volver a mandarlos a la memoria.

 

Esto ocasiona un cuello de botella — llamando von Neumann — que es físicamente imposible de aclarar y sólo puede ser parcialmente aliviado con distintas trucos, como memorias intermedias integradas en el procesador o predictores de proceso que ahorran una reducida parte del acceso a la memoria principal del sistema.



Actualmente, en un ensayo difundido en la revista científica Nature, un grupo internacional de ingenieros de Irlanda, Estados Unidos, India y Singapur asevera que su reciente circuito destruye el cuello de botella von Neumann completamente. Es un reciente tipo de arquitectura capaz de guardar y procesar información simultáneamente, como lo hace el cerebro humano.

Cómo funciona

Este circuito se denomina ‘memristor’, una fusión de memoria y transistor. No es un concepto reciente. Lo plantearon por vez primera en 1971 a nivel téorico pero nadie ha podido sacarlo más allá del laboratorio. Todos los bocetos experimentales funcionaban en un rango de temperaturas muy restringido y sólo podrían fabricarse con elementos exageradamente raros y caros, como el niobio y el vanadio.

 

Pero este reciente boceto elimina esas restricciones. Se trata de una molécula orgánico-metálica de 77 átomos. La molécula tiene la capacidad de guardar datos de forma consistente pero además procesarlos con un árbol lógico de instrucciones semejantes a las dendritas de las neuronas.

 

Este árbol lógico exhibe iguales propiedades de neuroplasticidad del cerebro: básicamente puede modificar de configuración según se necesite, exponiéndolo a distintas niveles de voltaje.

Un prototipo experimental de memristor fabricado por el Departamento de Energía de los EEUU
Un prototipo experimental de memristor fabricado por el Departamento de Energía de los EEUU

Sreetosh Goswami, uno de los autores del ensayo, asevera que la molécula exhibe “una flexibilidad y adaptabilidad parecido a los conectores del cerebro humano”. Su memristor puede “reconfigurarse al instante para distintas funciones computacionales sencillamente cambiando los voltajes aplicados. asimismo, igual que las células nerviosas almacenan datos, el mismo mecanismo puede guardar información para acceso y proceso en el futuro”. Goswami fue el que dio con la clave en la fabricación del material para edificar este memristor, que consta de una molécula de hierro en su parte central ligada a moléculas orgánicas.

Su capacidad de proceso es tal que el equipo no lograba creer lo que demostraban sus datos. Según Goswami, es excepcional: “nuestro mecanismo se encontraba haciendo algo como lo hace el cerebro pero de una forma distinto. Cuando aprendes algo reciente o estás decidiendo algo, el cerebro se reconfigura y cambia su ‘cableado’ físico. Similarmente, podemos reprogramar lógicamente o reconfigurar nuestros aparatos utilizando distintas pulsos de voltaje”.

Velocidad inimaginable

Según los inventores del reciente memristor, su arquitectura además permite procesar diversos datos simultáneamente utilizando su árbol de instrucciones reconfigurable al instante. En realidad, confirman que su memsistor tiene tal capacidad de proceso que una de estas moléculas puede sustituir a miles de transistores en un procesador tradicional.

 

El memsistor se puede conectar en paralelo a diferentes para obtener una velocidad de proceso hasta actualmente sin identificar. El equipo además asevera que, a causa de la forma en la que opera, es resiliente a los fallos. Y al realizarse todo — proceso y depósito de datos— en un mismo circuito nanoscópico, el ahorro de consumo y tiempo no tiene similar en la industria actual.

Thompson sosteniendo la molécula mágica que forma el memristor
Thompson sosteniendo la molécula mágica que forma el memristor

Otro de los autores del ensayo — Damien Thompson, en la imagen sobre estas líneas — asegura que están “muy excitados ante las posibilidades porque estos aparatos exponen todas las propiedades de la computación cerebral. Primero, un número enorme de diminutos e exactos procesadores moleculares en red realizan labores en paralelo [como las neuronas]. Incluso más notable, son redundantes y reconfigurables, lo que representa que un mecanismo puede solucionar contratiempos si bien sus componentes individuales no funcione totalmente o de la misma forma en todo instante”.

 

Como continuamente con todo esta clase de desarrollos de vanguardia, ocurrirá que esperar y ver cuánto tiempo tardan en llegar al mercado. Pero está claro que, justo cuando estamos a punto de llegar al límite de la computación de las arquitecturas tradicionales, actualmente poseemos dos modernos caminos fascinantes abiertos: la tecnología de computación cuántica y este reciente tipo de circuitos que emulan la conducta de la computadora más avanzada que sabemos: el cerebro humano.

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