Buzz
Trong khi các siêu máy tính hàng đầu thế giới tiêu tốn hàng triệu watt điện và thải ra hàng trăm tấn CO2 để đạt hiệu suất tính toán tối đa, não bộ con người lại thực hiện công việc này với mức năng lượng chỉ bằng một chiếc màn hình máy tính cũ.
Trong kỷ nguyên số, chúng ta đang chứng kiến sự phát triển vượt bậc của các hệ thống máy tính có khả năng tính toán hàng nghìn tỷ phép tính mỗi giây. Tuy nhiên, sự tiến bộ này đang kéo theo một cái giá đắt đỏ về môi trường.
Theo các báo cáo khoa học gần đây, việc vận hành các hệ thống AI hiện đại không chỉ đòi hỏi một lượng nước khổng lồ mà còn gây áp lực nặng nề lên khí hậu toàn cầu. Tuy nhiên, điều đáng ngạc nhiên là mỗi chúng ta đều sở hữu một "siêu máy tính" mạnh mẽ hơn bất kỳ AI nào hiện nay, và nó lại tiêu thụ mức năng lượng vô cùng thấp.
Tiến sĩ Advait Madhavan từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) khẳng định, não bộ con người là một thiết bị tiết kiệm năng lượng đạt đến mức hoàn hảo. Về mặt kỹ thuật, não bộ có khả năng thực hiện một exaflop - tức là một tỷ tỷ phép tính mỗi giây. Điều đáng kinh ngạc là toàn bộ quá trình xử lý khổng lồ này chỉ tiêu thụ 20 watt điện.
Nếu so sánh với siêu máy tính Oak Ridge Frontier, một trong những hệ thống mạnh nhất thế giới vừa đạt ngưỡng exaflop, chúng ta sẽ nhận thấy sự chênh lệch khổng lồ. Để đạt được hiệu suất tương đương não người, Oak Ridge Frontier cần tới 20 megawatt năng lượng, tức là gấp một triệu lần so với bộ não.
Để vận hành một siêu máy tính như vậy trong một ngày, thế giới phải đánh đổi bằng 207 tấn than đá hoặc 120.000 lít dầu mỏ, thải ra môi trường hàng trăm tấn khí nhà kính. Trong khi đó, bộ não con người chỉ cần năng lượng tương đương ba quả chuối để duy trì hoạt động trong cùng thời gian. Mặc dù não bộ chiếm 20% mức tiêu thụ năng lượng cơ bản của cơ thể, nhưng xét về hiệu suất tính toán, đây là một con số cực kỳ nhỏ bé.
Các nhà sinh học và kỹ sư máy tính lý giải sự chênh lệch này bằng sự khác biệt trong cách thức xử lý thông tin. Giáo sư Liqun Luo từ Đại học Stanford cho biết máy tính truyền thống hoạt động theo các bước tuần tự, yêu cầu độ chính xác tuyệt đối ở mỗi bước, vì sai số sẽ được khuếch đại theo cấp số nhân. Trong khi đó, não bộ có cấu trúc xử lý song song khổng lồ. Với khoảng 100 tỷ tế bào thần kinh, não không kích hoạt tất cả cùng lúc mà chọn các lộ trình tối ưu cho từng nhiệm vụ cụ thể.
Một ví dụ điển hình là hành động bắt một quả bóng. Máy tính phải thực hiện một chuỗi lệnh: nhận diện, đo lường chuyển động, tính toán quỹ đạo, dự đoán điểm rơi và cuối cùng gửi lệnh tới cánh tay. Bộ não con người lại thực hiện tất cả các bước này gần như đồng thời nhờ các mạch thần kinh song song, giúp phản ứng diễn ra chỉ trong vài mili giây và tiêu tốn năng lượng rất thấp.
Hiệu quả này đã mở ra một hướng đi mới cho ngành công nghiệp phần cứng. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sydney và Đại học Surrey đang nỗ lực tái thiết kế hệ thống AI dựa trên cảm hứng sinh học. Một trong những kỹ thuật hứa hẹn nhất là "Sơ đồ thưa thớt địa hình" (Topographical Sparse Mapping). Thay vì kết nối tất cả các neuron, hệ thống mới chỉ kết nối các neuron gần nhau, mô phỏng cách não bộ tối ưu hóa các liên kết thần kinh trong quá trình học tập.
Mục tiêu của các kỹ sư không chỉ là tạo ra máy tính mạnh hơn mà còn là các hệ thống trực quan hơn, có khả năng xử lý dữ liệu mơ hồ hoặc phi tuyến tính hiệu quả. Như Tiến sĩ Madhavan đã kết luận, phần cứng tương lai phải giữ năng lượng ở mức tối thiểu. Việc áp dụng những bí mật sinh học vào kiến trúc máy tính không còn là sự lựa chọn mà là yêu cầu cấp thiết để đáp ứng nhu cầu tính toán ngày càng cao của nhân loại mà không gây hại cho hành tinh.
Hành trình tiến tới kỷ nguyên máy tính sinh học vẫn còn đầy thách thức, nhưng việc hiểu được sức mạnh của 20 watt điện trong não bộ chính là chìa khóa mở ra cánh cửa mới cho trí tuệ nhân tạo bền vững.
