מחשבים שנועדו לחקות את מבנה המוח האנושי מראים חוזק בלתי צפוי. הם יכולים לפתור כמה מהמשוואות המתמטיות התובעניות שעומדות בלב בעיות מדעיות והנדסיות גדולות.
במחקר שפורסם ב Nature Machine Intelligenceמדעני המוח החישוביים של המעבדות הלאומיות של Sandia, בראד תילמן ובראד איימון, הציגו אלגוריתם חדש המאפשר לחומרה נוירומורפית לפתור משוואות דיפרנציאליות חלקיות, או PDEs – הבסיס המתמטי למידול של תופעות כמו דינמיקה של נוזלים, שדות אלקטרומגנטיים ומכניקה מבנית.
התוצאות מראות שמערכות נוירומורפיות יכולות להתמודד עם המשוואות הללו ביעילות. ההתקדמות עשויה לסייע בפתיחת הדלת למחשב העל הנוירומורפי הראשון, המציע נתיב חדש לעבר מחשוב יעיל באנרגיה עבור ביטחון לאומי ויישומים קריטיים אחרים.
המחקר מומן על ידי משרד המדע של מחלקת האנרגיה באמצעות התוכניות מחקר מחשוב מדעי מתקדם ומדעי האנרגיה הבסיסיים, כמו גם התוכנית הלאומית לביטחון גרעיני של המינהל הלאומי לסימולציה ומחשוב.
פתרון משוואות דיפרנציאליות חלקיות עם חומרה כמו מוח
משוואות דיפרנציאליות חלקיות חיוניות להדמיית מערכות בעולם האמיתי. הם משמשים לחיזוי מזג אוויר, לנתח כיצד חומרים מגיבים ללחץ ולמודל של תהליכים פיזיקליים מורכבים. באופן מסורתי, פתרון PDE דורש כוח מחשוב עצום. מחשבים נוירומורפיים ניגשים לבעיה בצורה שונה על ידי עיבוד מידע בדרכים הדומות לאופן פעולת המוח.
"רק מתחילות להיות לנו מערכות חישוביות שיכולות להפגין התנהגות דמוית אינטליגנציה. אבל הן לא נראות כמו המוח, וכמות המשאבים שהן דורשות היא מגוחכת, בכנות", אמר תילמן.
במשך שנים, מערכות נוירומורפיות נתפסו בעיקר ככלים לזיהוי דפוסים או להאצת רשתות עצביות מלאכותיות. מעטים ציפו מהם לנהל בעיות קפדניות מבחינה מתמטית כמו PDEs, אשר מטופלים בדרך כלל על ידי מחשבי-על בקנה מידה גדול.
איימונה ותיילמן לא הופתעו מהתוצאה. הם טוענים שהמוח האנושי מבצע באופן שגרתי חישובים מורכבים ביותר, גם אם אנשים אינם מודעים לכך.
"בחר כל סוג של משימת שליטה מוטורית – כמו להכות בכדור טניס או להניף מחבט בבייסבול", אמר איימון. "אלו חישובים מאוד מתוחכמים. אלו בעיות ברמת קנה מידה שהמוח שלנו מסוגל לעשות בזול מאוד".
מחשוב חסכוני באנרגיה לביטחון לאומי
לממצאים עשויים להיות השלכות גדולות על המינהל הלאומי לביטחון גרעיני, האחראי על שמירה על ההרתעה הגרעינית של המדינה. מחשבי-על המשמשים בכל מתחם הנשק הגרעיני צורכים כמויות עצומות של חשמל כדי לדמות את הפיזיקה של מערכות גרעיניות ותרחישים אחרים עם סיכון גבוה.
מחשוב נוירומורפי עשוי לספק דרך לצמצם משמעותית את השימוש באנרגיה תוך מתן ביצועים חישוביים חזקים. על ידי פתרון PDEs בצורה בהשראת המוח, מערכות אלו מציעות שניתן להפעיל סימולציות גדולות תוך שימוש בהרבה פחות כוח ממה שדורשים מחשבי-על קונבנציונליים.
"אתה יכול לפתור בעיות פיזיקה אמיתיות עם חישוב דמוי מוח," אמר איימון. "זה משהו שלא היית מצפה לו כי האינטואיציה של אנשים הולכת בכיוון ההפוך. ולמעשה, האינטואיציה הזו שגויה לעתים קרובות".
הצוות צופה שמחשבי-על נוירומורפיים יהפכו בסופו של דבר למרכזי המשימה של Sandia להגן על הביטחון הלאומי.
מה שמחשוב נוירומורפי חושף על המוח
מעבר להתקדמות ההנדסית, המחקר נוגע גם בשאלות עמוקות יותר על אינטליגנציה וכיצד המוח מבצע חישובים. האלגוריתם שפיתחו תילמן ואיימון משקף מקרוב את המבנה וההתנהגות של רשתות קליפת המוח.
"ביססנו את המעגל שלנו על מודל ידוע יחסית בעולם מדעי המוח החישוביים", אמר תילמן. "הראינו שלדגם יש קשר טבעי אך לא ברור ל-PDE, והקישור הזה לא נעשה עד עכשיו – 12 שנים לאחר שהדגם הוצג."
החוקרים מאמינים שעבודה זו יכולה לעזור לחבר את מדעי המוח למתמטיקה יישומית, ולהציע הבנה חדשה של האופן שבו המוח מעבד מידע.
"מחלות של המוח יכולות להיות מחלות של חישוב", אמר איימון. "אבל אין לנו עדיין הבנה מוצקה לגבי האופן שבו המוח מבצע חישובים."
אם הרעיון הזה יתברר כנכון, מחשוב נוירומורפי עשוי יום אחד לתרום להבנה טובה יותר ולטיפול בהפרעות נוירולוגיות כמו אלצהיימר ופרקינסון.
בניית הדור הבא של מחשבי-על
מחשוב נוירומורפי נותר תחום מתפתח, אך עבודה זו מהווה צעד חשוב קדימה. צוות Sandia מקווה שהתוצאות שלהם יעודדו שיתוף פעולה בין מתמטיקאים, מדעני מוח ומהנדסים כדי להרחיב את מה שהטכנולוגיה הזו יכולה להשיג.
"אם כבר הראינו שאנחנו יכולים לייבא את אלגוריתם המתמטיקה היישומי הבסיסי יחסית אך הבסיסי הזה לנוירומורפי – האם יש ניסוח נוירומורפי מתאים לטכניקות מתמטיקה יישומיות מתקדמות עוד יותר?" אמר תילמן.
ככל שהפיתוח נמשך, החוקרים אופטימיים. "יש לנו רגל בדלת להבנת השאלות המדעיות, אבל יש לנו גם משהו שפותר בעיה אמיתית", אמר תיילמן.
קישור לכתבת המקור – 2026-02-14 17:19:00
