IBM apresenta primeiros processadores cognitivos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/08/2011

O objetivo do projeto do processador cognitivo não é simular o cérebro humano, é usar o que já se sabe sobre o funcionamento dos cérebros biológicos para construir um sistema capaz de aprender e interagir com o ambiente.
[Imagem: IBM]

Processador cognitivo

A IBM apresentou uma nova geração de processadores experimentais "projetados para emular as capacidades do cérebro de percepção, sensação, ação, interação e cognição," segundo nota da empresa.

Em 2009, a IBM havia feito uma simulação por software equivalente ao cérebro de um gato. Mas o esforço em torno da chamada "computação cognitiva" vem ocupando os cientistas da empresa e de seus parceiros universitários há alguns anos.

Agora, eles estão colhendo os primeiro frutos de um hardware cognitivo, ainda que a alegada emulação da "percepção, sensação, ação, interação e cognição" do cérebro biológico pareça um tanto exagerada.

O projeto chama-se Synapse (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics) e o objetivo é criar um sistema - que inclui hardware e software - capaz de analisar informações em paralelo e reconfigurar-se dinamicamente em tempo de execução - vale dizer, aprender com a própria tarefa que está sendo realizada.

Projeto Synapse

O objetivo do projeto do processador cognitivo não é simular o cérebro humano, é usar o que já se sabe sobre o funcionamento dos cérebros biológicos para construir um sistema capaz de aprender e interagir com o ambiente.

Sem dúvida, um passo gigantesco em relação à arquitetura da computação atual, ainda que o projeto esteja dando apenas seus primeiros passos.

Composto de cinco fases (da Fase 0 à Fase 4), a empresa alega ter agora completado a Fase 1, que é o desenvolvimento do primeiro protótipo em hardware.

A Fase 2 do projeto Synapse, que se iniciará agora, pretende integrar todo o sistema cognitivo em um único chip, simulando em computadores tradicionais o funcionamento de um processador cognitivo com 10 milhões de neurônios.

A Fase 3 consistirá na fabricação e teste do processador cognitivo de 10⁶ neurônios e o projeto e simulação de um protótipo com 10⁸ neurônios.

Finalmente, a Fase 4 tentará construir um processador cognitivo com 10⁸ neurônios, pronto para ser incorporado em um robô capaz de aprender.

Pesquisadores ensinam o primeiro chip cognitivo - um "cérebro" com 256 neurônios - a reconhecer padrões.
[Imagem: IBM]

Processadores neuro-sinápticos

Foram apresentados dois protótipos dos novos "processadores neuro-sinápticos", que trabalham de forma totalmente diferente da arquitetura dos processadores atuais, conhecida como arquitetura Von Neumann.

Ambos possuem 256 "neurônios". O primeiro contém 262.144 sinapses programáveis e o segundo possui 65.536 sinapses reconfiguráveis.

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Ambos foram testados em aplicações simples voltados à navegação, visão de máquina, reconhecimento de padrões, memória associativa e classificação de dados.

Computação cognitiva

Os computadores cognitivos não terão que ser programados para funcionar como os processadores atuais. Em vez disso, a ideia é que eles aprendam com o uso, encontrando correlações, criando hipóteses, lembrando das experiências passadas e aprendendo com os resultados.

Apesar do nome, não há nenhum componente biológico incluído no projeto da IBM e seus parceiros: todos os "neurônios" e "sinapses" são emulações em silício, usando uma combinação de circuitos semicondutores e algoritmos de software incorporados no processador, o chamado firmware.

A IBM chama a parte inspirada pela neurociência do novo chip de núcleo neuro-sináptico, que contém a memória (a réplica das sinapses), os circuitos de cálculo (a réplica dos neurônios) e a comunicação (a réplica dos axônios).

Contudo, o chip nem mesmo utiliza os memristores, componentes inovadores capazes de simular uma sinapse artificial.

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Ainda assim, as diferenças entre a arquitetura Von Neumann atual e a nova arquitetura cognitiva são grandes, a começar pela integração da memória e daquilo que hoje se chama processador - a parte responsável pelos cálculos - em um único chip.

O "muro de neurônios" mostra de forma luminosa o disparo de cada um dos neurônios artificiais construídos no interior dos chips cognitivos.
[Imagem: IBM]

Outra diferença é que um chip cognitivo não possui um conjunto de instruções que possam ser programadas, já que ele está sendo projetado para aprender.

Hoje, um programador utiliza uma linguagem de alto nível, como o C ou o Java, para escrever um programa, que o compilador da linguagem traduz para o conjunto de instruções que o processador aceita. É por isso que é necessário recompilar programas para que eles rodem em processadores com arquiteturas diferentes.

A diferença mais marcante, contudo, é que um processador cognitivo terá, de forma nativa, o processamento paralelo e distribuído. Além disso, as múltiplas entradas permitidas pelos neurônios e suas sinapses significam que ele será dirigido por eventos, e não por uma sequência rígida de instruções.

Infelizmente, isso não se traduzirá em uma velocidade maior de processamento "em geral": chips cognitivos deverão ser mais rápidos para algumas tarefas, mas incrivelmente lentos para outras. Ou seja, com base no desenvolvimento agora apresentado pela IBM, não se deve esperar que os chips cognitivos venham substituir inteiramente os processadores atuais.

Evolução dos computadores

Segundo a IBM, seu projeto tenciona construir um processador cognitivo que "rivalize com o cérebro humano" em termos de número de neurônios e consumo de energia, mas, aparentemente, não em "poder de processamento".

Calcula-se que o cérebro humano consuma cerca de 25 Watts, enquanto um processador Von Neumann atual já supera os 100 watts.

"As futuras aplicações da computação exigirão cada vez mais funcionalidades que não são alcançáveis de forma eficiente com a arquitetura tradicional. Esses chips são outro passo significativo na evolução dos computadores, de sistemas calculadores para sistemas que aprendem, sinalizando o início de uma nova geração de computadores," afirmou Dharmendra Modha, líder do projeto Synapse.

Apesar de o projeto, que conta com a parceria de seis universidades, parecer focado no hardware, o produto mais notável desse esforço até agora foi de software, que permitiu que o computador Watson vencesse humanos em um jogo não-estruturado de perguntas.

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