ماینر زیستی با الهام از مغز مگس میوه؛ شبیه‌سازی عصبی که سودای رقابت با تراشه‌های ۳ نانومتری دارد

انتشار نقشه جامع سامانه عصبی مگس میوه نر بالغ با عنوان MaleCNS v1.0 توسط گوگل، جرقه‌ای برای مجموعه‌ای از آزمایش‌های غیرمتعارف شده است. پس از اجرای بازی Doom، معاملات آزمایشی در بازار رمزارز و حتی هدایت پهپاد با این شبکه عصبی دیجیتالی، حالا یک استارتاپ سخت‌افزاری سراغ استخراج بیت‌کوین با نورون‌های شبیه‌سازی‌شده رفته است.

شرکت FutureBit که پیش‌تر با سری ماینرهای مکعبی Apollo شناخته می‌شد، از پروژه مفهومی HashFly رونمایی کرده؛ تلاشی برای نمایش چشم‌انداز سخت‌افزارهای زیستی یا Wetware در دنیای پردازش‌های سنگین رمزنگاری.

از MaleCNS v1.0 تا ماینر زیستی

پایگاه داده MaleCNS v1.0 شامل بازسازی ۱۶۵ هزار و ۱۲۲ نورون از مغز مگس میوه گونه Drosophila melanogaster است. تیم FutureBit تنها بخشی از این شبکه عظیم را برای شبیه‌سازی استخراج به کار گرفته است. نسخه تحت وب HashFly در حال حاضر فعالیت حدود ۲ هزار و ۹۱۴ مسیر عصبی را به‌صورت زنده نمایش می‌دهد و شلیک تکانه‌های عصبی میان نورون‌ها را هنگام تلاش برای یافتن هش معتبر به تصویر می‌کشد.

این سامانه به شکل تعاملی طراحی شده است؛ کاربران می‌توانند وارد وب‌سایت پروژه شوند، جریان فعال‌سازی نورون‌ها را ببینند و حتی با تغییر پارامترهای شبکه، رفتار مدل را مشاهده کنند. هرچند این نسخه صرفاً یک شبیه‌سازی نرم‌افزاری است و نه یک بستر زیستی زنده، اما توسعه‌دهندگان آن را نخستین گام به سوی ماینرهای مبتنی بر نورون واقعی توصیف می‌کنند.

HashFly چگونه هش می‌سازد؟

معماری HashFly به‌جای واحدهای منطقی سیلیکونی، از الگوی بینایی مگس الهام گرفته است. در این مدل، گیرنده‌های نوری چشم مگس به‌صورت مجازی، هدر بلاک بیت‌کوین را دریافت می‌کنند و شبکه عصبی تلاش می‌کند تابع رمزنگاری SHA-256 مضاعف را محاسبه کند.

نقطه کلیدی این شبیه‌سازی، نورون‌هایی با نام PPL101 است. این نورون‌ها زمانی فعال می‌شوند که محاسبه هش با موفقیت انجام شده و مقدار هش به دست آمده شرایط لازم را برآورده کرده باشد؛ مشابه لحظه‌ای که یک ماینر واقعی هش معتبر را پیدا می‌کند.

برای انعطاف‌پذیری بیشتر، امکان تنظیم سختی شبکه نیز در نظر گرفته شده است. کاربر می‌تواند تعداد صفرهای ابتدایی هش هدف را کم یا زیاد کند. حتی در بالاترین سطح سختی تعریف‌شده در این محیط آزمایشی، یافتن هش هدف به‌مراتب آسان‌تر از شبکه اصلی بیت‌کوین است؛ به‌طوری که این شبیه‌ساز توانسته در حدود یک ساعت، نزدیک به ۸۰ بلاک آزمایشی را تولید و ثبت کند؛ آماری که بیشتر جنبه نمایشی و آموزشی دارد تا رقابت واقعی با شبکه بیت‌کوین.

ادعای بهره‌وری انرژی ۱۰ برابری؛ برآوردی تئوری

مهم‌ترین ادعای تیم HashFly به مصرف انرژی مربوط می‌شود. بر اساس محاسبات ارائه‌شده، اگر این الگو روزی روی نورون‌های ارگانیک واقعی پیاده‌سازی شود، می‌توان به مصرفی در حد ۱ وات به ازای هر تراهش بر ثانیه رسید.

این عدد در صورت تحقق، تقریباً ۱۰ برابر بهینه‌تر از بهترین تراشه‌های ASIC فعلی با لیتوگرافی ۳ نانومتری خواهد بود که امروز ستون فقرات صنعت استخراج را تشکیل می‌دهند. مبنای این برآورد، کل انرژی مصرفی یک مگس میوه زنده و فرض فعال بودن هم‌زمان تمام نورون‌ها برای محاسبه مداوم توابع هش عنوان شده است.

توسعه‌دهندگان تأکید کرده‌اند این رقم یک تخمین تئوری بر پایه مدل‌سازی است و نه نتیجه اندازه‌گیری روی بافت زنده. آن‌ها اعلام کرده‌اند شبیه‌سازی تمام ۱۶۵ هزار نورون موجود در پایگاه MaleCNS با تابع SHA-256 همچنان ادامه دارد و نتایج دقیق‌تر آن به‌زودی منتشر خواهد شد.

۱۰۰ کیلوهش در برابر ۱۸ تراهش؛ فاصله تا واقعیت

با وجود جذابیت نظری، توان پردازشی فعلی HashFly بسیار محدود است. برآوردها نشان می‌دهد این شبیه‌ساز در وضعیت کنونی تنها حدود ۱۰۰ کیلوهش بر ثانیه قدرت دارد.

برای درک شکاف موجود، کافی است این عدد را با ماینر Apollo III شرکت FutureBit مقایسه کنیم؛ دستگاهی مکعبی با ابعاد ۱۳ سانتی‌متر که حدود ۱۸ تراهش بر ثانیه توان دارد. به عبارت دیگر، قدرت فعلی مغز دیجیتالی مگس، میلیون‌ها برابر کمتر از یک ماینر خانگی کوچک است و از نظر اقتصادی هیچ شانسی برای رقابت در شبکه اصلی بیت‌کوین ندارد.

با این حال، ارزش این پروژه نه در درآمدزایی فوری، بلکه در اثبات مفهوم محاسبات زیستی نهفته است. اگر بتوان منطق رمزنگاری را به زبان نورون‌ها ترجمه کرد، شاید بتوان در آینده مسیر کاملاً متفاوتی برای کاهش مصرف انرژی دیتاسنترها و زیرساخت‌های پردازشی گشود؛ مسیری که به‌جای اتکا به کارخانه‌های پیشرفته تولید تراشه سیلیکونی، از سازوکارهای تکامل‌یافته طبیعت الهام می‌گیرد.

موج پروژه‌های عجیب روی نقشه عصبی گوگل

HashFly تنها نمونه از موج خلاقیت پس از انتشار داده‌های گوگل نیست. طی هفته‌های اخیر چند پروژه دیگر نیز از همین نقشه عصبی استفاده کرده‌اند:

• FlyMiner: سامانه‌ای که همان نقشه عصبی را تحت بار پردازشی یک تراشه ASIC قرار می‌دهد، اما به گفته سازندگان، احتمال کسب درآمد واقعی در آن تقریباً صفر است.
• Stonkfly: مدل شبیه‌سازی‌شده برای انجام معاملات روزانه رمزارز که کد منبع آن به‌صورت متن‌باز در گیت‌هاب منتشر شده است.
• شبیه‌سازی Doom: اجرای منطق بازی کلاسیک Doom به‌طور کامل درون شبکه عصبی دیجیتالی مگس، که توانایی این ساختار در انجام محاسبات منطقی پیچیده را نشان داد.

این آزمایش‌ها در کنار یکدیگر نشان می‌دهند که مرز میان علوم اعصاب و معماری پردازنده‌ها با سرعت در حال کمرنگ شدن است. بازسازی دقیق مدارهای عصبی یک موجود زنده، حتی به کوچکی مگس میوه، می‌تواند به بستری برای آزمون ایده‌های رادیکال در حوزه هوش مصنوعی، رباتیک و حتی بلاک‌چین تبدیل شود.

پرسش اصلی این است که آیا محاسبات زیستی می‌تواند از مرحله شبیه‌سازی نرم‌افزاری فراتر رود و به سخت‌افزار زیستی واقعی تبدیل شود؟ تا آن زمان، HashFly یک نمایش جذاب و الهام‌بخش باقی می‌ماند؛ یادآوری اینکه بهینه‌ترین پردازنده‌های جهان شاید نه در آزمایشگاه‌های نیمه‌هادی، بلکه در طبیعت میلیون‌ها سال پیش تکامل یافته باشند.