מאת: רעות מנשה
חשבו על כך רגע: לצורך ההתקדמות הטכנולוגית עצמה נדרשת טכנולוגיה. הטכנולוגיה מתקדמת בקצב מעריכי: בתחילה השינוי מתחיל לאט ובסופו מתקדם מהר מאוד. שתי האבולוציות, הביולוגית והטכנולוגית, שועטות באותו מסלול: התחלה איטית, המואצת בקצב גובר בשלב מסוים. יש המעריכים, כי אנו נמצאים ממש עכשיו בשלב ההאצה בעקומת ההתקדמות הטכנולוגית. היום מתרחשים מהפכים טכנולוגיים חשובים במהירות רבה יותר. האינטרנט הוא עלם בן עשרים ואילו מנועי החיפוש עוד לא בני מצוות.
טכנולוגיות המחשוב מתפתחות באותו מסלול צמיחה קצבי ומעריכי – על פי חוק מור, (שעקרון היסוד בו נקבע ב - 1965 על ידי גורדון מור, ממייסדי אינטל), חוק שקבע כי צפיפות הטרנזיסטורים במעגלים משולבים הכפילה את עצמה בכל 12 חודשים, דבר המשפיע על הכפלת הקיבולת והמהירות של המחשבים במחזוריות קבועה. באמצע שנות ה – 70 הכפיל מור את טענת עצמו פי שניים, וקבע כי מחזור ההכפלה יעמוד על 24 חודשים וכן הלאה וכן הלאה.
המוח האנושי
המוח מורכב מתאים. תאים אלה - תאי עצב, או נוירונים הקולטים את האות העצבי, מקושרים זה לזה באמצעות סינפסות. כל תא צובר קלטים דרך הסינפסות הרבות שבדנדריטים – ענפים המתפצלים ומעבירים את האות לתא הבא. די בתיאור זה כדי להניח שהמוח מורכב מתאים רבים, שכל אחד מהם קולט מסרים כלשהם מן התאים השכנים ברשת, ובהתאם למסרים אלה מפיק פלט הנקלט בתאים הקשורים לו, וכל זה על בסיס פעילות חשמלית המתקיימת בתאים.
איך פועל מיקרו-מעבד
המחשבים שאנחנו מכירים היום הם פרי פיתוח חדש יחסית (החל בשנות ה – 70 המוקדמות על ידי אינטל). לפני כן, נעשה שימוש במחשבים שתפסו נפח רב, ולא התאימו לייצור המוני. המזעור, ויכולת היצור ההמוני של המכשירים האלקטרוניים הנפוצים היום, קיימים תודות לפיתוח המיקרו-מעבדים (למרות שעדיין נהוג להשתמש במונח מעבד), אותם מעבדים המורכבים מצ'יפים (מעגלים חשמליים המכונים ג'וקים, שגודלם מיקרומטר או ננומטר בלבד, ואשר מכילים בתוכם רכיבים אלקטרוניים רבים המבוססים על חומרים מוליכים למחצה), תרמו להתפתחות המזעור האלקטרוני שהתחיל בשנות ה - 60 עם הופעת הטרנזיסטור. יתרונותיהם המיקרו-מעבדים רבים: הם בעלי מימדים קטנים, יעילים מאוד וניתנים לייצור המוני. היום חדרו השבבים (צ'יפים) לכל תחומי חיינו.
העצמים המכונים "תאי מוח" נקראים "נוירונים" בקרב הביולוגים. מדובר בתאים מהם מורכבת מערכת העצבים שלנו, ויש כמאה מיליארד מהם אצל אדם ממוצע. כל אחד מהנוירונים התפתח להיות מעבד אלקטרוני.
אז מה עומד בינינו לבין מחשב אנושי?
שני חסמים עיקריים עומדים כיום בפני המשך פיתוח המיקרו-מעבדים, והם מאטים את ההאצה הטכנולוגית:
• צפיפות אנרגטית גבוהה
• השתהות במסירת תקשורות
המחשב המהיר בעולם נבנה על ידי חברת Fujitsu, נמצא ביפן, הוא בעל קיבולת של 8 פטאפלופס וצורך למעלה מ – 12 מגה וואט של חשמל – תצרוכת המספיקה לכ – 10,000 משקי בית מודרניים. ככל שהטכנולוגיה מאיצה את מהירותה, משימות עיבוד הצ'יפים מסתיימות בזמן קצר יותר ויותר, זמני ההשתהות בעת התמסורות בין המעבדים או בין הזכרון למעבד משתהים ובעצם מעכבים.
לעומתו, מציגה ארכיטקטורת המוח האנושי יעילות מדהימה. בהשוואה למוח אנושי, המחשבים של היום הם לגמרי חסרי יעילות וזללני אנרגיה. המחשב המתקדם ביותר בעולם שנבנה - איך לא - על ידי האדם, מבצע מספר מסוים של פעולות מחשוב עבור כל יחידת אנרגיה, המהווה 0.0.1%~ מיכולת המוח האנושי לביצוע אותה פעולה. חוסר יעילות זה נמדד בתלות של המעבדים במיזוג האוויר הנדרש כדי לקררם, וזאת עקב החום הרב שנוצר.
בפרויקט ה – Aquasar אשר משתמשים ביכולותיו ב – ETH שבציריך, נעשה שימוש במוליכי למחצה אשר קירורם מבוסס על מים, קירור יעיל פי 4000 מאשר מערכות מיזוג האוויר בהם משתמשים כיום. בעצם, מתבצע שימוש בערוצים מיקרופלואידיים על מנת להעביר את החום. עצם השימוש במיקרו צ'יפים מוליכים למחצה מבטיח את פיזור האנרגיה ומגדיל אותה.
דוגמא נוספת היא הגורם הנוסף לחוסר היעילות האנרגתית במעבדים: אובדן האנרגיה במהלך שליחתו לצ'יפ הנדרש. מספר הפינים המוקדשים לאנרגיה בצ'יפ עולה בהרבה על מספר הפינים המוקדשים בו ליחידות הקלט והפלט. בעיה זו נובעת מבעיית המוליכים החשמליים, שהאנרגיה להחלפתם גדולה מאוד.
בעיה זו, ובעיות אלקטרוניות ופיזיקאליות נוספות מצאו פתרון ועוצבו לפי דגם מוח של יונק – השימוש באמצעי קירור נוזליים כאמצעים לשליחת האנרגיה בין הצ'יפים, בדרך היעילה ביותר. השימוש בנוזל לצורך קירור מערך העיבוד יאפשר גידול משמעותי ביכולת הצפיפות: החיסכון בחלל יאפשר ארכיטקטורות צפופות יותר, שלא לדבר על הירידה החדה בדרישות האנרגיה, ועל השיפור בזמני האחזור. וכל זאת בהתבסס על השראה ממוחו של יונק.
חוקרים ממעבדות המחקר של IBM הודיעו כי הצליחו לבנות סימולציה ממוחשבת של קליפת מוח של חתול. החוקרים בנו מערך מחשוב המורכב מכ – 150 אלף מעבדים וכ – 144 טרה-בייט של זיכרון פנימי, המיועדים לדמות את האינטראקציה של נוירונים בקליפת המוח. הפרויקט נחשב צעד משמעותי, המדמה מוח המורכב ממילארד נוירונים או תאי מוח, ועשרה טרילון סינספסות או קישורים בין תאי המוח.
אם מהירויות ויכולות המעבדים ימשיכו להתקדם כצפוי על פי חוק מור, ולהכפיל את עצמם בכל – 24 חודשים, לא רחוק היום (סוף העשור הנוכחי) בו נוכל לרכוש בכספנו ולהציב על שולחן ביתנו מחשב המדמה דימוי מלא של קליפת המוח האנושי.
למידע נוסף
חשבו על כך רגע: לצורך ההתקדמות הטכנולוגית עצמה נדרשת טכנולוגיה. הטכנולוגיה מתקדמת בקצב מעריכי: בתחילה השינוי מתחיל לאט ובסופו מתקדם מהר מאוד. שתי האבולוציות, הביולוגית והטכנולוגית, שועטות באותו מסלול: התחלה איטית, המואצת בקצב גובר בשלב מסוים. יש המעריכים, כי אנו נמצאים ממש עכשיו בשלב ההאצה בעקומת ההתקדמות הטכנולוגית. היום מתרחשים מהפכים טכנולוגיים חשובים במהירות רבה יותר. האינטרנט הוא עלם בן עשרים ואילו מנועי החיפוש עוד לא בני מצוות.
טכנולוגיות המחשוב מתפתחות באותו מסלול צמיחה קצבי ומעריכי – על פי חוק מור, (שעקרון היסוד בו נקבע ב - 1965 על ידי גורדון מור, ממייסדי אינטל), חוק שקבע כי צפיפות הטרנזיסטורים במעגלים משולבים הכפילה את עצמה בכל 12 חודשים, דבר המשפיע על הכפלת הקיבולת והמהירות של המחשבים במחזוריות קבועה. באמצע שנות ה – 70 הכפיל מור את טענת עצמו פי שניים, וקבע כי מחזור ההכפלה יעמוד על 24 חודשים וכן הלאה וכן הלאה.
המוח האנושי
המוח מורכב מתאים. תאים אלה - תאי עצב, או נוירונים הקולטים את האות העצבי, מקושרים זה לזה באמצעות סינפסות. כל תא צובר קלטים דרך הסינפסות הרבות שבדנדריטים – ענפים המתפצלים ומעבירים את האות לתא הבא. די בתיאור זה כדי להניח שהמוח מורכב מתאים רבים, שכל אחד מהם קולט מסרים כלשהם מן התאים השכנים ברשת, ובהתאם למסרים אלה מפיק פלט הנקלט בתאים הקשורים לו, וכל זה על בסיס פעילות חשמלית המתקיימת בתאים.
איך פועל מיקרו-מעבד
המחשבים שאנחנו מכירים היום הם פרי פיתוח חדש יחסית (החל בשנות ה – 70 המוקדמות על ידי אינטל). לפני כן, נעשה שימוש במחשבים שתפסו נפח רב, ולא התאימו לייצור המוני. המזעור, ויכולת היצור ההמוני של המכשירים האלקטרוניים הנפוצים היום, קיימים תודות לפיתוח המיקרו-מעבדים (למרות שעדיין נהוג להשתמש במונח מעבד), אותם מעבדים המורכבים מצ'יפים (מעגלים חשמליים המכונים ג'וקים, שגודלם מיקרומטר או ננומטר בלבד, ואשר מכילים בתוכם רכיבים אלקטרוניים רבים המבוססים על חומרים מוליכים למחצה), תרמו להתפתחות המזעור האלקטרוני שהתחיל בשנות ה - 60 עם הופעת הטרנזיסטור. יתרונותיהם המיקרו-מעבדים רבים: הם בעלי מימדים קטנים, יעילים מאוד וניתנים לייצור המוני. היום חדרו השבבים (צ'יפים) לכל תחומי חיינו.
העצמים המכונים "תאי מוח" נקראים "נוירונים" בקרב הביולוגים. מדובר בתאים מהם מורכבת מערכת העצבים שלנו, ויש כמאה מיליארד מהם אצל אדם ממוצע. כל אחד מהנוירונים התפתח להיות מעבד אלקטרוני.
אז מה עומד בינינו לבין מחשב אנושי?
שני חסמים עיקריים עומדים כיום בפני המשך פיתוח המיקרו-מעבדים, והם מאטים את ההאצה הטכנולוגית:
• צפיפות אנרגטית גבוהה
• השתהות במסירת תקשורות
המחשב המהיר בעולם נבנה על ידי חברת Fujitsu, נמצא ביפן, הוא בעל קיבולת של 8 פטאפלופס וצורך למעלה מ – 12 מגה וואט של חשמל – תצרוכת המספיקה לכ – 10,000 משקי בית מודרניים. ככל שהטכנולוגיה מאיצה את מהירותה, משימות עיבוד הצ'יפים מסתיימות בזמן קצר יותר ויותר, זמני ההשתהות בעת התמסורות בין המעבדים או בין הזכרון למעבד משתהים ובעצם מעכבים.
לעומתו, מציגה ארכיטקטורת המוח האנושי יעילות מדהימה. בהשוואה למוח אנושי, המחשבים של היום הם לגמרי חסרי יעילות וזללני אנרגיה. המחשב המתקדם ביותר בעולם שנבנה - איך לא - על ידי האדם, מבצע מספר מסוים של פעולות מחשוב עבור כל יחידת אנרגיה, המהווה 0.0.1%~ מיכולת המוח האנושי לביצוע אותה פעולה. חוסר יעילות זה נמדד בתלות של המעבדים במיזוג האוויר הנדרש כדי לקררם, וזאת עקב החום הרב שנוצר.
בפרויקט ה – Aquasar אשר משתמשים ביכולותיו ב – ETH שבציריך, נעשה שימוש במוליכי למחצה אשר קירורם מבוסס על מים, קירור יעיל פי 4000 מאשר מערכות מיזוג האוויר בהם משתמשים כיום. בעצם, מתבצע שימוש בערוצים מיקרופלואידיים על מנת להעביר את החום. עצם השימוש במיקרו צ'יפים מוליכים למחצה מבטיח את פיזור האנרגיה ומגדיל אותה.
דוגמא נוספת היא הגורם הנוסף לחוסר היעילות האנרגתית במעבדים: אובדן האנרגיה במהלך שליחתו לצ'יפ הנדרש. מספר הפינים המוקדשים לאנרגיה בצ'יפ עולה בהרבה על מספר הפינים המוקדשים בו ליחידות הקלט והפלט. בעיה זו נובעת מבעיית המוליכים החשמליים, שהאנרגיה להחלפתם גדולה מאוד.
בעיה זו, ובעיות אלקטרוניות ופיזיקאליות נוספות מצאו פתרון ועוצבו לפי דגם מוח של יונק – השימוש באמצעי קירור נוזליים כאמצעים לשליחת האנרגיה בין הצ'יפים, בדרך היעילה ביותר. השימוש בנוזל לצורך קירור מערך העיבוד יאפשר גידול משמעותי ביכולת הצפיפות: החיסכון בחלל יאפשר ארכיטקטורות צפופות יותר, שלא לדבר על הירידה החדה בדרישות האנרגיה, ועל השיפור בזמני האחזור. וכל זאת בהתבסס על השראה ממוחו של יונק.
חוקרים ממעבדות המחקר של IBM הודיעו כי הצליחו לבנות סימולציה ממוחשבת של קליפת מוח של חתול. החוקרים בנו מערך מחשוב המורכב מכ – 150 אלף מעבדים וכ – 144 טרה-בייט של זיכרון פנימי, המיועדים לדמות את האינטראקציה של נוירונים בקליפת המוח. הפרויקט נחשב צעד משמעותי, המדמה מוח המורכב ממילארד נוירונים או תאי מוח, ועשרה טרילון סינספסות או קישורים בין תאי המוח.
אם מהירויות ויכולות המעבדים ימשיכו להתקדם כצפוי על פי חוק מור, ולהכפיל את עצמם בכל – 24 חודשים, לא רחוק היום (סוף העשור הנוכחי) בו נוכל לרכוש בכספנו ולהציב על שולחן ביתנו מחשב המדמה דימוי מלא של קליפת המוח האנושי.
למידע נוסף
