Escoltar

L'IFISC (CSIC-UIB) coordina un projecte europeu de recerca per dissenyar sistemes fotònics capaços de realitzar càlculs complexos de forma ràpida i eficient

CanalUIB

L’Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos (IFISC), centre de recerca mixt de la Universitat de les Illes Balears (UIB) i del Centre Superior d’Investigacions Científiques (CSIC), coordina el projecte europeu de recerca PHOCUS. La iniciativa  té com a objectiu dissenyar sistemes fotònics capaços de realitzar, de forma ràpida i eficient, càlculs complexos. Aquests sistemes són capaços de processar una gran quantitat de dades amb l’avantatge de tenir un consum d’energia menor que el dels superordinadors actuals.

El projecte PHOCUS està finançat per la Comissió Europea i compta amb la col·laboració del CSIC, la Universitat de Cantàbria, l’Institut d’Estudis Avançats de Frankfurt (Alemanya), l’Institut de Postdam per a la Investigació de l’Impacte Climàtic (Alemanya), la Universitat del Franc Comtat (França) i la Universitat Lliure de Brussel·les (Bèlgica).

Computació basada en llum, ràpida com un pensament

Reconèixer la cara d’un amic entre la multitud és una tasca complexa per al cervell, encara que no en siguem conscients ja que es realitza en només una fracció de segon. “Com les descàrregues elèctriques de milions de neurones s’organitzen per oferir repostes correctes en tan poc temps?”, es demana Claudio Mirasso, catedràtic de Física a la Universitat de les Illes Balears i coordinador del projecte. “És un tema obert encara que els darrers anys s’està treballant sobre un nou paradigma científic que pot ajudar-nos a trobar una resposta a aquesta pregunta”, afegeix Mirasso.

El cervell, com ho fa un líquid, reacciona a pertorbacions (estimulacions) externes. De les ones generades per l’impacte d’una pedra en un líquid es pot concloure on i quan la pedra va caure a l’aigua. De la mateixa manera, seria possible extreure informació sobre els estímuls externs que arriben al nostre cervell a través de les respostes transitòries de les xarxes de neurones. Aquestes xarxes que són activades pels estímuls es denominen reservoir.

El modelatge matemàtic d’aquestes xarxes de neurones es realitza, generalment, amb les anomenades xarxes neurals, és a dir, per un conjunt d’equacions matemàtiques que s’enllacen entre si simulant el comportament real d’una xarxa de neurones. Aquestes xarxes neurals són capaces d’aprendre o d’assimilar informació a partir d’un entrenament, però requereixen que els enllaços siguin acuradament reajustats per consolidar el comportament davant diferents estímuls. Una vegada entrenada la xarxa neural, es pot obtenir informació de l’arribada d’un estímul a partir de l’activitat generada per la xarxa. El concepte de reservoir computing és semblant al de xarxa neural però té l’avantatge que no és necessari tornar a entrenar la xarxa, ja que els enllaços queden fixats davant qualsevol estímul i només s’entrena la lectura de la informació generada per la xarxa. “Els estudis preliminars indiquen que l’entrenament i la lectura de sortida de la informació de la xarxa són molt més senzills que l’entrenament del reservoir en sí”, assegura Jürgen Kurths, de l’Institut de Postdam per a la Recerca de l’Impacte Climàtic.

El projecte PHOCUS pretén dur el concepte de reservoir computing a l’àrea de la fotònica emprant làsers de semiconductors. Aquests dispositius presenten el potencial de processar informació a velocitats molt superiors que les de les nostres neurones, encara que s’ha de tenir en compte que el nombre de dispositius que es poden utilitzar és molt inferior al que empra el nostre cervell (milers de milions de neurones). Les investigacions conjuntes entre físics que treballen en fotònica i neurofisiòlegs i investigadors del cervell, han arribat a la conclusió que els sistemes fotònics podrien ser útils per comprendre i, finalment, imitar algunes de les funcions del cervell.

El reservoir computing traslladat al camp de la fotònica ofereix grans oportunitats, però imposa, encara més, grans desafiaments. El consorci del projecte PHOCUS ha identificat una nova forma de generar una activitat semblant a la generada per les xarxes neurals amb un, o alguns, components fotònics. En darrer terme, PHOCUS té per objectiu la implementació de dispositius fotònics per realitzar computació a grans velocitats. Això oferiria alternatives als superordinadors i clústers d’ordinadors per a certes tasques específiques, ja que a la vegada es podria gaudir d’una mida reduïda i un consum menor d’energia.  

Documents relacionats

Data de publicació: 12/04/2010