الحوسبة العصبية الشكلية
الحوسبة العصبية هي العملية التي يتم من خلالها تصميم وبناء أجهزة الكمبيوتر لمحاكاة بنية ووظيفة الدماغ البشري، بهدف استخدام الخلايا العصبية والمشابك الاصطناعية لمعالجة المعلومات بهذه الطريقة.
تستخدم أجهزة الكمبيوتر ذات الشكل العصبي الخلايا العصبية والمشابك الاصطناعية لمحاكاة الطريقة التي يعالج بها الدماغ البشري المعلومات، مما يمكنها من حل المشكلات والتعرف على الأنماط واتخاذ القرارات بشكل أسرع وأكثر كفاءة من أجهزة الكمبيوتر المستخدمة بشكل شائع اليوم.
لا يزال مجال الحوسبة العصبية جديدًا نسبيًا. وباستثناء الأبحاث التي أجرتها الجامعات والحكومات وشركات التكنولوجيا الكبرى مثل IBM وIntel Labs، فإن تطبيقاتها في العالم الحقيقي قليلة للغاية. ومع ذلك، فإن الحوسبة العصبية الشكلية تُظهر الكثير من الوعود - وخاصة في مجالات مثل الحوسبة الحافة، والسيارات ذاتية القيادة، والحوسبة المعرفية، وتطبيقات الذكاء الاصطناعي الأخرى. السرعة والكفاءة أمران حاسمان.
قال كوابينا بواهن، أستاذ في جامعة ستانفورد وخبير في الحوسبة العصبية، إن أكبر حسابات الذكاء الاصطناعي تتضاعف حجمها اليوم كل ثلاثة إلى أربعة أشهر. يعتقد العديد من الخبراء أن الحوسبة العصبية الشكلية قادرة على اختراق حدود قانون مور،قانون مور يضاعف البيانات كل عامين فقط.
كيف تختلف الحوسبة العصبية عن الحوسبة التقليدية
تختلف هندسة الحوسبة العصبية عن هندسة الكمبيوتر التقليدية المستخدمة بشكل شائع اليوم، والمعروفة باسم هندسة فون نيومان.
قامت أجهزة كمبيوتر فون نيومان بمعالجة المعلومات في النظام الثنائي، مما يعني أن جميع البيانات كانت إما 1 أو 0. وهي متسلسلة بطبيعتها، وهناك تمييز واضح بين معالجة البيانات (على وحدة المعالجة المركزية) وتخزين الذاكرة (RAM).
وفي الوقت نفسه، يمكن لأجهزة الكمبيوتر ذات الشكل العصبي أن تحتوي على ملايين الخلايا العصبية والمشابك الاصطناعية، والتي تقوم بمعالجة معلومات مختلفة في وقت واحد. وهذا يمنح النظام خيارات حوسبة أكثر بكثير من حاسوب فون نيومان. كما تعمل أجهزة الكمبيوتر ذات الشكل العصبي على دمج الذاكرة والمعالجة بشكل أكثر إحكامًا، مما يؤدي إلى تسريع المهام التي تعتمد على البيانات بكثافة.
لمدة عقود من الزمن، ظلت أجهزة كمبيوتر فون نيومان هي المعيار وكانت تستخدم في تطبيقات تتراوح من معالجة النصوص إلى المحاكاة العلمية. لكنها غير فعالة في استخدام الطاقة وغالبًا ما تواجه اختناقات في نقل البيانات مما يؤدي إلى تدهور الأداء. بمرور الوقت، سوف يصبح من الصعب بشكل متزايد على بنية فون نيومان توفير الزيادة في قوة الحوسبة التي نحتاج إليها. وقد دفع هذا الباحثين إلى البحث عن هياكل معمارية بديلة مثل الهندسة العصبية والهندسة الكمومية.
مزايا الحوسبة العصبية الشكلية
توفر الحوسبة العصبية مجموعة واسعة من الفوائد التي تجعلها إضافة تحويلية لمشهد الحوسبة المتقدمة.
أسرع من الحوسبة التقليدية
تم تصميم الأنظمة العصبية لتقليد الخصائص الكهربائية للخلايا العصبية الحقيقية بشكل أكثر دقة، مما يمكن أن يؤدي إلى تسريع العمليات الحسابية وتقليل استهلاك الطاقة.
جيد في التعرف على الأنماط
وبما أن أجهزة الكمبيوتر ذات الشكل العصبي تعالج المعلومات بطريقة متوازية إلى حد كبير، فهي ماهرة بشكل خاص في التعرف على الأنماط. وبشكل عام، يعني هذا أنهم جيدون أيضًا في اكتشاف الشذوذ، وهو أمر مفيد في أي شيء بدءًا من الأمن السيبراني إلى مراقبة الصحة، وفقًا لدانييليسكو من مختبرات أكسنتشر.
قادر على التعلم بسرعة
كما تم تصميم أجهزة الكمبيوتر ذات الشكل العصبي لتتعلم في الوقت الحقيقي وتتكيف مع المحفزات المتغيرة، تمامًا مثلما يفعل البشر، من خلال تعديل قوة الروابط بين الخلايا العصبية استنادًا إلى الخبرة. وتعد هذه القدرة على التنوع مفيدة في التطبيقات التي تتطلب التعلم المستمر واتخاذ القرارات السريعة، سواء كان ذلك تعليم الروبوت كيفية العمل على خط التجميع أو تمكين السيارة من القيادة بشكل مستقل في شارع مزدحم بالمدينة.
كفاءة عالية وتوفير الطاقة
ومن أبرز مزايا الحوسبة العصبية الشكلية كفاءة الطاقة، وهو أمر مفيد بشكل خاص لتصنيع الذكاء الاصطناعي.
يمكن لأجهزة الكمبيوتر ذات الشكل العصبي معالجة البيانات وتخزينها معًا على كل خلية عصبية فردية، بدلاً من وجود منطقة منفصلة لكل خلية عصبية كما هو الحال في بنية فون نيومان. تتيح هذه المعالجة المتوازية تنفيذ مهام متعددة في وقت واحد، وإكمالها بشكل أسرع واستخدام طاقة أقل. لا تقوم الشبكة العصبية المتصاعدة إلا بإجراء العمليات الحسابية استجابةً للارتفاع المفاجئ، مما يعني أن جزءًا صغيرًا فقط من الخلايا العصبية في النظام تستهلك الطاقة في أي وقت معين، بينما تظل بقية الخلايا خاملة.