دانشمندان در ایالت نیویورک نخستین تراشه عصبی ابررسانای جهان را ساخته‌اند که به گفته آن‌ها می‌تواند حدود یک میلیون نمونه از پلاسمای همجوشی را در هر ثانیه پردازش کند.
این تراشه رایانه‌ای جدید با نام «ابرهوشی» (Super Intelligence یا SI) توسط پژوهشگران آزمایشگاه ملی بروکهیون (BNL) وابسته به وزارت انرژی آمریکا (DOE) طراحی شده است. آن‌ها برای اجرای این پروژه با آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون (PPPL)، تأسیسات ملی همجوشی DIII-D و شرکت فناوری گریت اسکای مستقر در کلرادو همکاری کردند.
آزمایشگاه BNL اشاره کرد که این تراشه بر مدارهای ابررسنا متکی است تا شبکه‌های عصبی مغز انسان را شبیه‌سازی کند. این فناوری در نهایت می‌تواند روش پایش و کنترل پلاسمای داغ در راکتورهای همجوشی را بهبود بخشد. آزمایش‌های انجام‌شده در آزمایشگاه نشان داد که تراشه قادر به شناسایی رفتارهای غیرعادی پلاسما و پیش‌بینی ناپایداری‌ها است.
«دیدن اینکه تیم ما داده‌های توکامک خودمان را با این تراشه بی‌سابقه پردازش می‌کند، حیرت‌انگیز است»، ریچارد باتری، دکترای فیزیک و مدیر DIII-D، اظهار داشت. تیم پژوهشی معتقد است این فناوری می‌تواند از سیستم‌های کنترل سریع‌تر و قابل‌اعتمادتر راکتورهای همجوشی پشتیبانی کند.
مدیریت داده‌های پلاسما
راکتورهای همجوشی از میدان‌های مغناطیسی برای محبوس نگه‌داشتن پلاسمای داغ در دماهایی بین ۱۸۰ تا ۲۷۰ میلیون درجه فارنهایت (۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد) استفاده می‌کنند. این دمای افراطی تقریباً ۱۰ برابر داغ‌تر از مرکز خورشید است.
با این حال، شرایط پلاسما می‌تواند به سرعت تغییر کند و بنابراین پایش بلادرنگ برای حفظ ثبات آن ضروری است. این امر نیازمند رایانه‌هایی است که بتوانند حجم عظیمی از داده‌ها را تقریباً به صورت آنی پردازش کنند. اما سیستم‌های محاسباتی متعارف مبتنی بر سیلیکون در پردازش سریع این حجم از داده‌ها دچار مشکل هستند.
اما تراشه عصبی ابررسنای جدید می‌تواند سیگنال‌ها را با سرعت‌های بسیار بالا پردازش کند. این تراشه از مدارهای ابررسنا آرایش‌یافته برای شبیه‌سازی اتصالات موجود در مغز انسان استفاده می‌کند.
برای آزمایش آن، دانشمندان داده‌هایی را از توکامک DIII-D، یک تأسیسات تحقیقاتی همجوشی تحت مدیریت جنرال اتمیکس در کالیفرنیا، جمع‌آوری کردند. دو مورد از این آزمایش‌ها توانایی تراشه در شناسایی فعالیت‌های غیرعادی پلاسما و پیش‌بینی اختلالات را ارزیابی نمود.
داده‌ها با نرخ یک میلیون نمونه در ثانیه جمع‌آوری شدند و تراشه با موفقیت این سرعت را مدیریت کرد. «این یک پلتفرم قدرتمند جدید برای پیاده‌سازی بسیاری از الگوریتم‌های ابرهوشی (SI) است که تیم ما در آزمایشگاه بروکهیون در حال توسعه آن‌هاست»، شینجائه یو، دکترای علوم کامپیوتر و رئیس بخش هوش مصنوعی CDS و محقق اصلی پروژه، گفت.
ناپایداری‌های پلاسما
علاوه بر این، آزمایش سوم انجام‌شده توسط تیم، شامل داده‌های شبیه‌سازی‌شده پلاسمای تولیدشده توسط TORAX بود. این سیستم یک شبیه‌ساز انتقال هسته توکامک تمایزپذیر (differentiable tokamak core transport simulator) است که توسط تیم همجوشی گوگل دیپ‌مایند توسعه یافته است.
در طول این آزمایش، تراشه سیگنال‌ها را برای پیش‌بینی شروع ناپایداری‌های دندانه‌اره‌ای (sawtooth instabilities) تحلیل کرد؛ ناپایداری‌هایی که شامل تغییرات سریع در شرایط پلاسما هستند. نتایج نشان داد که شبکه‌های عصبی ابررسنا می‌توانند از پایش و تثبیت بلادرنگ پلاسما پشتیبانی کنند.
استیون کاولی، مدیر PPPL، بر اهمیت ایجاد سیستم‌های کنترل سریع‌تر برای راکتورهای همجوشی تأکید کرد. «ما در حال ساخت ماشین‌های همجوشی عصر ابرهوشی هستیم»، او افزود. «این تراشه داده‌ها را مستقیماً از یک توکامک با میلیون‌ها نمونه در هر ثانیه دریافت کرد و توانست با آن سرعت همراه باشد.»
شرکت گریت اسکای اعلام کرد که این دستگاه بزرگ‌ترین تراشه عصبی ابررسنای تولیدشده توسط آن‌ها تاکنون است. گزارش‌ها حاکی از آن است که تراشه‌های مشابه می‌توانند در محاسبات کوانتومی، امنیت سایبری و تحلیل پرسرعت داده‌های اشعه ایکس کاربرد داشته باشند.
در حال حاضر، تیم در حال توسعه تراشه جدیدی با شبکه عصبی ۱۰ برابر بزرگ‌تر از طرح فعلی است. آن‌ها برنامه‌ریزی کرده‌اند که سخت‌افزار را اوایل سال ۲۰۲۷ در BNL ارائه دهند، پیش از آنکه در همان سال در جریان آزمایش‌های همجوشی در توکامک DIII-D مورد آزمایش قرار گیرد.
«این تنها آغاز راه است»، جف شاینلاین، بنیان‌گذار و مدیرعامل گریت اسکای، در بیانیه مطبوعاتی نتیجه گرفت. «این رویکرد نسبت به سخت‌افزار هوش مصنوعی، ظرفیت‌های زیادی در زمینه همجوشی و همچنین سایر کاربردهای پیشرو در فناوری دارد.»