Von hier: „Das durchschnittliche menschliche Gehirn hat etwa 100 Milliarden Neuronen (oder Nervenzellen) und viel mehr Neuroglia (oder Gliazellen), die dazu dienen, die Neuronen zu unterstützen und zu schützen (obwohl Sie am Ende dieser Seite weitere Informationen zu Gliazellen finden). . Jedes Neuron kann mit bis zu 10.000 anderen Neuronen verbunden sein und Signale über bis zu 1.000 Billionen synaptische Verbindungen aneinander weiterleiten.“

Von hier: „Heutige Transistoren sind etwa 70 Siliziumatome breit, sodass die Möglichkeit, sie noch kleiner zu machen, selbst schrumpft. Wir nähern uns der Grenze, wie klein wir einen Transistor machen können.“

Ich werde dies angehen, indem ich zuerst überlege, wie viel Platz es brauchen würde, um ein solches Gehirn zu speichern ; ohne Bearbeitung: ein reiner "Download". Die Mindestanforderung wäre, jede dieser Verbindungen zu speichern, damit andere zukünftige (viel größere) Maschinen die Funktion eines bestimmten menschlichen Gehirns reproduzieren könnten. So wie wir ein Computerprogramm in Bits auf einer Festplatte speichern, es dort aber nicht ausgeführt werden kann, muss es in den Speicher geladen werden, über Hardware und Leistung verfügen, um die Bits in aktivierende Schaltkreise zu übersetzen, die Anweisungen ausführen, und so weiter.

Ein einzelnes Siliziumatom ist ungefähr kugelförmig mit einer Breite von etwa 0,2 nm; Angenommen, ein binäres Bit (0 oder 1) könnte plausibel in einem Würfel mit einer Seitenlänge von etwa 0,3 nm in einer kristallähnlichen Matrix gespeichert werden (in einer zukünftigen Technologie; aber wir können bereits einzelne Atome manipulieren; also nicht ganz unplausibel).

Wie viele Bits müssen wir speichern?

Naiv; Jedes von 100 Milliarden Neuronen$(10^{11})$kann mit jedem anderen Neuron verbunden werden; Wir könnten also 100 B Bits pro Neuron mit einer 1/0 speichern, um anzuzeigen, ob es verbunden ist oder nicht.

Der Durchschnitt beträgt jedoch nur 7000 Verbindungen pro Neuron, aber wir wissen nicht, welche 7000, also müssen wir stattdessen Neuronennummern speichern. Es braucht 37 Bit, um eine Zahl bis zu 100B zu speichern, also unter der Annahme, dass der Durchschnitt für unsere schnelle Schätzung gilt, etwa 49000 Bit pro Neuron, um alle Verbindungen im Gehirn zu speichern. Wir brauchen$4.9\times 10^{15}$Bits, um das Gehirn zu speichern.

Wie groß ist der Kristall

Wir ziehen daraus die Kubikwurzel, um die Anzahl der Elemente pro Seite in unserem Kristallwürfel zu bestimmen. Das Ergebnis sind etwa 170.000 Atome pro Seite. Multipliziert mit 0,3 nm beträgt unser Würfel 0,000051 Meter pro Seite; oder 0,051 Millimeter. Wenn Sie Zoll bevorzugen: 0,0020079, etwa 1/498 Zoll (größer als 1/500).

Zum Vergleich; menschliches Haar variiert von etwa 0,002 bis 0,006 in der Breite; das liegt also im Bereich der dünnsten menschlichen Haare. Wenn sich zwei solcher Haare kreuzen, kann allein die Größe ihrer Kreuzung genug Atome enthalten, um alle Verbindungen im Gehirn zu speichern. Um 1 Milliarde Menschen auf solchen Würfeln unterzubringen, würde auf jeder Seite 1000-mal so viel Platz benötigt: Also ein 2-Zoll-Würfel pro Seite pro Milliarde Menschen.

Ausführen

Jetzt benötigen Sie Transistoren und unterstützen Schaltungen und Strom . Hiersind einige Informationen an dieser Front. In diesem Projekt benötigen sie 100 Elemente pro Neuron und 20 pro Synapse (Verbindung). Da wir 7000 Verbindungen pro Neuron haben, sind 20 x 7000 = 140.000 Transistoren für die Synapsen pro Neuron gegenüber 100 für das Neuron selbst: Außerdem brauchen wir sowohl Eingang als auch Ausgang; Rechnen Sie also mit etwa 250.000 Transistoren pro Neuron. Darüber hinaus bestehen die heute vorhandenen tatsächlichen Transistoren aus 70 Siliziumatomen. Vielleicht ist 24 plausibel; aber ich denke, wir treiben die Glaubwürdigkeit voran, um auf die Molekülgröße herunterzukommen. Fügen Sie Kühlanforderungen hinzu (dies wäre glühend heiß). Unser Problem ist also, dass wir für die Ausführung auf 24 x 250.000 pro Neuron hochskalieren müssen (ein Faktor von 6 Millionen). Um unseren Speicherwürfel auf das 6M-fache des Volumens zu bringen; es skaliert bis zu 0,365 Zoll pro Seite.

Wenn Sie nun eine Milliarde Menschen speichern möchten; Sie benötigen 365 Zoll pro Seite, ungefähr 28.141 Kubikfuß. Angenommen, ein Prozessor ist 10 Fuß hoch, benötigen Sie eine Standfläche von 54 Fuß an einer Seite; das könnte in ein kleines Lager passen. Oder eher ein Raumschiff. Wahrscheinlich benötigen Sie ein Kernkraftwerk, um Strom zu liefern, und müssen es im leeren Raum auf etwa 3 K oder -270 ° C gekühlt betreiben, von der Sonne beschattet und weit entfernt von der Erde (einer Wärmequelle).

Aber das sind technische Details!

Ich denke, dies ist eine dieser Fragen, die letztendlich darauf hinausläuft, „welche Größe Sie für Ihre Geschichte benötigen“, je nachdem, wie weit in die Zukunft sie spielt. Auf der einen Seite sind wir zwar nicht in der Lage, den menschlichen Geist zu modellieren, aber wir haben in letzter Zeit viele Fortschritte in der neuronalen Vernetzung und der künstlichen Intelligenz gemacht, und viele der entwickelten innovativen Tools können auf hohem Niveau betrieben werden -end Desktop (stellen Sie einfach sicher, dass Sie die beste Grafikkarte bekommen, die Sie sich leisten können). Auf der anderen Seite nimmt die Leistung von Computerhardware ständig zu und sie schrumpft in der Größe. Das Smartphone in der Hosentasche hat mehr Rechenleistung als alle Computer, die in den 60er Jahren die Menschheit auf den Mond brachten.

Irgendwann in der Zukunft werden wir in der Lage sein, neuronale Netze zu modellieren, die komplex genug sind, um einen menschlichen Geist nachzubilden, und einen Weg finden, uns selbst hochzuladen. Keiner von uns weiß genau, wann wir diesen Punkt erreichen werden. Es kann in zehn Jahren passieren, es kann hundert dauern, es kann tausend dauern. Und natürlich muss Ihre Apokalypse nicht sofort stattfinden, nachdem wir diesen Punkt erreicht haben. Brain-Uploading-Technologie könnte zum Zeitpunkt Ihrer Geschichte bereits weit entwickelt und Jahrhunderte alt sein.

Und ebenso weiß niemand, wie klein oder wie leistungsfähig Computer bis dahin sein werden. Wenn es uns bis dahin gelungen ist, Quanten- oder optisches Computing zum Laufen zu bringen, könnten die Computer, die dazu in der Lage sind, Desktop-Größe oder sogar noch kleiner sein. Vielleicht können Sie ein menschliches Gehirnmodell auf Ihrem Supersmartphone ausführen. Sie könnten sich sogar eine Art „Hyperraum“-Computer ausdenken, der so groß wie ein Reiskorn ist und dennoch leistungsfähiger als die gesamte moderne Computertechnik.

Nachdem Sie all dies gesagt haben, fragen Sie also nach dem Hochladen von Millionen von Menschen in eine Umgebung, in der sie alle miteinander vernetzt sind. Ich würde erwarten, dass dies zumindest eine signifikante Größe erfordern würde, wenn Sie versuchen, innerhalb der Grenzen der Physik zu bleiben, wie wir sie kennen. Ich stelle mir etwas in der Größe eines Rechenzentrums vor, es sei denn, Sie bringen hypermoderne Technologie ins Spiel.

Mein Design ist etwa ein Mikrogramm für den eigentlichen Quantencomputer, das 10-fache davon mit der erforderlichen Isolationsabschirmung. Ich musste wirklich versuchen, einen überzeugenden Weg zu finden, um so viele Operationen in einem ausreichend kleinen Paket durchzuführen, und niedrige Schätzungen der Datenspeicherung.

In diesem Beitrag gehe ich auf die benötigten Ressourcen ein. Das kleinste ist natürlich ein direktes Programm, keine Emulation unserer eigenen physikalischen Schichten:

Sie wussten bereits, wie das Gehirn arbeitet, um Intelligenz zu produzieren, das ziemlich direkte Schreiben dieses Programms würde 10 ¹⁵ FLOPS (Blue Gene/P circa 2007) und 100 Terabyte erfordern.

Die Größenanforderung wird durch die Datenspeicherung bestimmt. Abbildung 1 Atom pro Bit? Berechnen Sie das dafür benötigte Volumen.

Einige andere Antworten gehen über die Konnektivität und haben mehr Verkabelung als Verarbeitung. Aber echte Hardware vermeidet dieses Problem bereits: 1 Kern simuliert viele Nurons, und die Datenübertragung erfolgt über Netzwerkverbindungen, nicht Punkt-zu-Punkt zwischen jedem Kernpaar! Bei einem Programm (keine Simulation) ist das Konzept klarer – jede Operation benötigt ihre eigenen Argumentdaten, und solange der Speicher mit der Mühle mithalten kann, reicht ein normaler Speicher, der an den Prozessor angeschlossen ist, aus.

In meiner Quantencomputer-Beschreibung aus meiner Geschichte (im verlinkten Beitrag) vermeidet er jegliche Verkabelung, indem er Wellen von Interferenzmustern über die Speichermatrix spielen lässt. Allgemeiner kann man sich einen 3D-Kristall vorstellen, der von Lasern adressiert wird, die den Kristall für einzelne Strahlen transparent und dort, wo sie sich schneiden, nichtlinear finden. Also keine Kabel, das Sondenlicht durchläuft den Speicher selbst ohne Probleme.

Ein Quantencomputer kann viele Operationen ausführen. In der Fiktion sind sie einfach lächerlich schnell, und das mag für Sie gelten. In Wirklichkeit können sie bestimmte Klassen von Problemen lösen oder suchen , indem sie Superposition als Parallelismus verwenden, um das richtige zu finden; Das Programm müsste so geschrieben werden, dass es diese Art von Operation verwendet, um diese Art von exponentieller Beschleunigung zu erreichen. Aber auch die klassische Berechnung ist schnell , wenn die Teile sehr klein sind. Wenn Sie Logik verwenden, indem Sie Bspin-Zustände einzelner Atome verwenden, wäre die Geschwindigkeit auf Lichtgeschwindigkeit beschränkt, um Informationen dadurch zu erhalten. In meiner fiktiven Behandlung versuche ich, das für die meisten gängigen Berechnungen verwendete Volumen zu minimieren, um die durch diese Grenze auferlegte Geschwindigkeit zu erhöhen.

Wenn Sie mehrere Kerne in Nanogröße haben, können Sie im Gegensatz zu meinem Design viele davon auf kleinem Raum haben. Sie könnten also ein Design in Betracht ziehen, das ein Würfel von 1000 Seiten pro Seite oder eine Milliarde Nanokerne ist, die jeweils einfache Verarbeitungsfunktionen und etwas lokalen Speicher haben. Schauen Sie nach, wie viele Gates eine CPU benötigt – sagen wir 12000 für den ARM M0 – und sagen Sie, dass jedes Gate aus nur wenigen Atomen besteht.

Eine Milliarde × 12000 × 10 sind ungefähr 10 ¹⁴ Atome, was ungefähr 2 Nanogramm Kohlenstoff entspricht, wenn ich das richtig verstanden habe . Fügen Sie 10 ¹⁴ Bit Speicher bei ungefähr der gleichen Größe für Single-Atom-Speicher hinzu. Wenn das Gedächtnis mehrere Atome einnimmt oder in mehreren Kopien gespeichert ist, multiplizieren Sie das aus.

Geben Sie dem Ganzen eine zusätzliche Größenordnung für das Maß, und das sind 50 Nanogramm . Bei 3,5 g/cm³ sind das etwa 25µm Würfel . (Jemand überprüft bitte meine Berechnungen.)

Sehr klein. Wir haben erst seit den 80er Jahren ernsthafte Ressourcen für die Forschung in neuronalen Netzen und Quantencomputern eingesetzt. Nehmen wir an, einige heftige Entwicklungen in diesen Gebieten, und ein Gebäude von der Größe eines großen Einkaufszentrums könnte die Ausrüstung für die Lagerung einer Planetenbevölkerung beherbergen. Dies lässt die vernünftige Annahme zu, dass es in diesen Technologien ähnliche geometrische Progressionen zum Mooreschen Gesetz geben würde. https://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law Ein gutes Beispiel dafür ist, dass diskrete Teile in den 80er Jahren verwendet wurden, um Neuronen zu emulieren, um neuronale Netze zu verdrahten, die nicht mehr als das Nervensystem einer Kakerlake hatten. Heute können Sie für 4000 Dollar ein Kreditkartenbrett mit 4096 Neuronen kaufen. http://www.general-vision.com/hardware/neurostack/