인간의 뇌를 모방한 「인공 뉴런」으로 컴퓨터는 인간이상의 속도로 처리할 수 있게

인간의 뇌를 모방한 「인공 뉴런」으로 컴퓨터는 인간이상의 속도로 처리할 수 있게

인간의 뇌와 같은 구조를 가지는 프로세서를 개발하는 것으로 높은 처리능력과 고에너지 산업을 실현하려고 하는 시도는, 많은 연구자들이 하고 있는 중입니다. 2018년1월 26일자 Science Advances에서는 그런 시도 「인공 뉴런」에 관해서, 인공 시냅스를 매초 10억회이상 발화할 수 있고, 동시에 필요한 에너지는 유기적인 시냅스에 1만분의 1이라고 하는 시스템에 대해서 발표되고 있습니다.

Google 자동이미지분류나 언어학습 프로그램에 사용되고 있는, 인간의 뇌를 모방한 인공지능(AI) 소프트웨어는 컴퓨터를 크게 진보시켰습니다. 그러나, 이 소프트웨어는 인간이 태스크를 하는 것 보다도 훨씬 많은 파워를 필요로 하므로, 기존의 하드웨어용이라고는 말할 수 없습니다.

미국 국립표준기술연구소(NIST)는 인간의 뇌 구조의 소프트웨어를 더욱더 효율적으로 움직일 수 있는 신경형태학적인 하드웨어 개발에 주력하고 있는 기관입니다. 기존의 하드웨어 트랜지스터는 일정 간격으로 1이나 0나 정밀한 정보를 처리합니다만, NIST의 「신경형태학적인」 하드웨어는 인간의 뉴런 처럼 다른 신호를 만들어 낼 필요시에 따라서 발화를 일으키는 것으로, 여러 소스로 얻은 작은 정보를 축적합니다. 이 구조에 의해 적은 에너지로 소프트웨어를 움직일 수 있습니다.

단, 갭(시냅스)이 있는 트랜지스터간에서 정보를 보내지 않으면 안될 때, 전도하는 효율은 나빠져버립니다. 거기에서 연구팀은 저항 제로로 전기를 전하는 것을 할 수 있는 니오브제 초전도체로 뉴런을 닮은 전극을 만들어 내고, 초전도체간의 갭을 몇천이나 되는 자기 망간의 초미립자로 메운다고 하는 조지프슨 접합의 구조를 채용했습니다.

이 구조를 채용하는 것으로, 시냅스는 매초 10억회이상 발화를 하는 것이 가능하게 되고, 이것은 매초 50회 발화되는 인간의 뇌보다도 훨씬 고속입니다. 한쪽에서 사용하는 에너지는 유기적인 시냅스에 1만분의 1 상당이 됩니다.

컴퓨터시뮬레이션으로부터, 인공 뉴런은 전극이 다음 전극에 정보를 전달할때 까지 최대 9개 정보를 정리할 수 있다고 보여지고 있습니다. 그러나, 복잡한 컴퓨팅을 하기 위해서는 몇백만이나 되는 시냅스가 필요하게 되는 곳, 기술적으로 이러한 스케일인 시스템을 만들 수 있는 것인가 아닌가는 아직 모른다고 합니다.

그리고, 시냅스는 절대영도의 환경에서밖에 작동할 수 없는 문제도 있습니다. 신경형태학적인 컴퓨팅에 대해서 연구하는 컴퓨터·엔지니어, Steven Furber씨는, 이 온도에 의한 제한으로부터 이 인공 뉴런에 대해서 「작은 디바이스 팁으로서는 실용적이지 않다」라고 하는 의견을 내보이고 있습니다. 대규모 데이터 센터에서 NIST 기술을 이용하기 위해서는 냉각을 위한 에너지가 필요합니다만, 이 점, NIST 물리학자인 미하엘 슈나이더씨는 기존의 디바이스를 운용하는 에너지보다도 NIST 디바이스를 냉각하는 에너지쪽이 적다고 설명하고 있습니다.

이 기술은 많은 연구자에게서의 주목을 받고 있습니다만, 현실에 컴퓨팅에 사용되게 될때 까지는 아직 시간이 걸린다고 하는 것이 대부분의 전망입니다. 또, Steven Furber씨는 「우리들은 효율적인 시냅스를 만들어 낼수 있을 만큼 생물학적인 시냅스의 성질을 충분히 이해하지 않았다」라고 NIST 기술을 현실에 적용하는 것은 「먼 미래」가 될 것으로 예상하고 있습니다. 단, 새로운 컴퓨팅·디바이스 탄생이 10년 이후라도, 뇌신경학자가 연구를 하고 가능한 만큼 어프로치로부터 기술을 개발하는 것이 중요하다고 합니다.