Download ITUSERS-93-pg-42-44

Digital
LIFE
R evista de A lta Tecnología & Negocios
“Genes, átomos, células y neuronas
como ENTES COMPUTACIONALES”
Por: FERNANDO JIMENEZ-MOTTE*
Imaginemos al Universo y sus componentes: galaxias, átomos, células, genes, neuronas, bacterias,
luz, agua como elementos computacionales con
interacción universal...
n los años 1950, aparecieron las primeras computadoras
digitales de propósito general. Se fabricaron utilizando
tubos al vacío o bulbos como componentes electrónicos
activos. Los módulos de tubos al vacío estaban compuestos por compuertas y circuitos lógicos digitales (puertas
lógicas, flip-flops, etc…)
E
A principios de la década de 1960, el estado del arte en la construcción de computadoras de estado sólido, sufrió un notable
avance; surgieron las tecnologías de circuitos digitales como:
RTL (Lógica Transistor Resistor), DTL (Lógica Transistor
Diodo), TTL (Lógica Transistor Transistor), ECL (Lógica
Complementada Emisor).
Las primeras calculadoras electrónicas requerían entre 75 y 100
circuitos integrados. Después se dió un paso importante en la
reducción de la arquitectura de la computadora a un circuito
integrado simple, resultando uno que fue llamado microprocesador, unión de las palabras “micro” del griego μικρο, “pequeño”,
y procesador.
El primer microprocesador fué el Intel 4004, producido en 19711.
42
www.itusersmagazine.com
Digital
LIFE
R evista de A lta Tecnología & Negocios
En el año 1972 es lanzado al mercado el procesador 8008 con
3,500 transitores y una velocidad de reloj de 200 kilohertz. A
partir de ese momento fueron apareciendo las siguientes gamas
de procesadores:
•
•
•
•
•
•
En 1978, el 8086 con 29,000 transistores y una velocidad
de reloj de 10Mhz.
En 1987, el 386, con 275,000 transistores y una velocidad
de reloj de 20Mhz.
En 1989, el 486, con 1,200,000 transistores y una velocidad de reloj de 25Mhz y en el año 1991 un 486 de 50Mhz.
En el 2004 , el Pentium 4 con 55 millones de transistores
y una velocidad de reloj de 3.4 Ghz.
En el 2006 el Core 2 Duo con 253 millones de transistores
hasta llegar a los años 2008 al 2012 de la era “multi core”
o multi núcleo.
En el 2012 el Core i7-3770K con velocidad de reloj de
3.5Ghz
Sin embargo, en el Siglo XXI, los bloques constructores o
“building blocks” que nuestra civilización está aprendiendo a
manejar como elementos computacionales, están caracterizados
por las letras “G”, “A”, “N”, “C”. No me refiero a una cadena de
la estructura genética o genoma del ser humano sino a genes,
átomos, neuronas y células.
La idea de la computación cuántica surge en 1981, cuando Paul
Benioff expuso su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el
entorno de la computación. En vez de trabajar a nivel de voltajes
eléctricos, se trabajaría a nivel del cuanto o “quantum”2. En la
computación digital, un bit sólo puede tomar dos valores: 0 o 1.
En cambio, en la computación cuántica, intervienen las leyes de
la mecánica cuántica, y la partícula puede estar en superposición
coherente: puede ser 0, 1 y puede ser 0 y 1 a la vez (dos estados
ortogonales de una partícula sub atómica). Eso permite que se
puedan realizar varias operaciones a la vez, según el número
de qubits.
La computación cuántica es un paradigma de computación
distinto al de la computación clásica. Se basa en el uso de qubits
(“quantum bits”), en lugar de bits, y da lugar a nuevas puertas
lógicas, que hacen posibles nuevos algoritmos.
En un computador cuántico, una capacidad computacional de
500 Qubits por ejemplo, requeriría de 2500 valores complejos,
lo cual sería un valor demasiado grande a ser representado en un
computador clásico. Por ejemplo, un Terabyte de información
digital requiere de 243 valores discretos.
Si por otro lado observamos el cerebro y la red neuronal biológica
humana, la jerarquía de la estructura del sistema nervioso del
cuerpo humano exhibe un protocolo C3I2 (Comando, Control,
Comunicaciones, Información e Informática) partiendo del
cerebro y que converge a una celda.
Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el que se aprecia cómo un
mismo fenómeno puede ser percibido de dos modos distintos. Fuente: Wikipedia.
de Comunicaciones más sofisticada del Universo. Las neuronas
son los bloques constructores o “building blocks” de la unidad
de señalización en el sistema nervioso. El sistema nervioso es
una memoria de máquina con arquitectura auto organizativa.
Una célula es de por sí un microprocesador a nivel biológico
molecular con capacidad computacional. El Corazón Humano
es un Computador Biológico Molecular con la capacidad de
manejo de un gran campo de energía electromagnético.
Las 100 Trillónes de células en un adulto humano forman una
cadena de proteínas que auto organizan sin el más mínimo error
150,000,000,000,000,000,000 (150 quintillones o 150 x 1018 )
aminoácidos!
Para estimar la potencia computacional del cerebro, podríamos
contar el número de sinapsis: estimar su velocidad de operación,
y determinar las operaciones de sinapsis por segundo. Hay
aproximadamente 1015 sinapsis que operan con alrededor de 10
impulsos x segundo, dando aproximadamente 1016 operaciones
de sinapsis por segundo3. Una sóla célula nerviosa puede procesar
200,000 datos de información al mismo tiempo cada segundo.
Hay alrededor de 10 billones de células nerviosas en el cerebro
las cuáles mantienen comunicación a través de 100 trillones de
conexiones. El ojo humano por ejemplo, tiene una capacidad de
procesar 10 millones de bits de información por segundo. De esta
manera el reto de la tecnología, es el de emular las capacidades
de procesamiento del sistema neuronal complejo del ser humano.
IBM ha introducido recientemente al mercado, un nuevo chip
experimental neuro-sináptico, que emula la función cerebral
en áreas como la cognición, la percepción y la acción. Estos
nuevos Neuro chips o chips neuromórficos, se utilizan algoritmos
y circuitos de silicio con el fin de recrear
las neuronas y las sinapsis enriquecidas en
“… Existen aproximadamente 1010 células nerviosas el cerebro. IBM ha desarrollado dos (02)
prototipos de trabajo que actualmente están
y posiblemente más de 1014 interconexiones en la Red sometidos a las pruebas.
Existen aproximadamente 1010 células nerviosas y posiblemente
más de 1014 interconexiones en la Red Neuronal humana que
constituye el sistema central nervioso constituyéndose en la Red
Neuronal humana que constituye el sistema central
nervioso constituyéndose en la Red de Comunicaciones
más sofisticada del Universo...”
Ambos tienen 256 núcleos de neuronas y
fueron fabricados en 45 nm SOl-CMOS.
Un núcleo tiene 262.144 sinapsis programables mientras que el otro contiene
Pasa a la pág. siguiente
www.itusersmagazine.com
e
43
Digital
LIFE
R evista de A lta Tecnología & Negocios
e Viene de la Página anterior
65.536 sinapsis de aprendizaje. Los investigadores ya han logrado aplicaciones como la visión artificial, memoria asociativa, clasificación de patrones, navegación y reconocimiento de patrones.
Siguiendo el camino neuromórfico de IBM, el Intel Research
Laboratory en Hillsboro, Oregon, EE.UU., anunció el diseño
de un chip neuromórfico basado en dos tecnologías: válvulas
laterales de giro y en los memristores. Basados en
​​ diseños de
Spin-neuromórficos puede lograr una performance de consumo
de energía más eficiente. La meta de Intel es construir chips que
emulan al cerebro humano.
A través de los circuitos de silicio y algoritmos avanzados, junto
con los principios de la neurociencia, la nanociencia y la supercomputación, estos chips son capaces de
imitar los procesos biológicos, como los que
ocurren en el cerebro humano.
“...Siguiendo el camino neuromórfico de IBM, el
Intel Research Laboratory en Hillsboro, Oregon,
EE.UU., anunció el diseño de un chip neuromórfico basado en dos tecnologías: válvulas laterales
de giro y en los memristores...”
44
El universo que nos rodea, galaxias, sistemas solares, estrellas, agujeros negros,
pulsares, neutrons, etc… son sistemas
computacionales. El universo en sí es el
sistema computacional más impresionante,
un verdarero Computador Cosmológico
Cuántico o Quantum Universe Computer.
www.itusersmagazine.com
Digital
LIFE
R evista de A lta Tecnología & Negocios
Fernando Jiménez-Motte, Director Científico de IT/USERS®. Fotografía: José Luis Bazán. Todos los Derechos Reservados.
¿Cómo compararíamos la velocidad de procesamiento de
nuestro procesador más veloz en la Tierra, con la capacidad de
procesamiento de un sistema binario (similar a nuestro Sistema
Solar pero, con dos [02] Soles) o con la capacidad computacional de un computador equivalente a la energía que maneja
nuestro universo, aproximadamente de 100,000 googols o 10105
operaciones4?...* Se estima que nuestro universo en el lapso de
14 billones de años ha realizado 10,000 billones de billones de
googols o 10122 operaciones.
Conforme aumenta la capacidad computacional de nuestra
civilización, lo invisible se vuelve visible. Conforme muchos
secretos del universo se hacen visibles más es nuestro asombro de
este maravilloso universo en el que habitamos y más recordamos
la magnífica frase de Saint Exupery “Lo esencial es invisible a
los ojos”
Referencias:
1. Wikipedia. Microprocessor cronology and Transistors count.
2. En física, el término cuanto o cuantio (del latín Quantum, plural Quanta,
que representa una cantidad de algo), denotaba en la física cuántica primitiva
tanto el valor mínimo que puede tomar una determinada magnitud en un
sistema físico, como la mínima variación posible de este parámetro al pasar
de un estado discreto, a otro.
3. Energy Limits to the Computational Power of the Human Brain, Ralph Merkle
4. Programming the Universe, Set Lloyd, MIT.
www.itusersmagazine.com
Fernando Jiménez Motte
Experto Mundial en Tecnología. Ex Director de las Carreras de Ingeniería Electrónica y de Telecomunicaciones y Redes de la Universidad Peruana de Ciencias
Aplicadas, UPC. Ha reportado cuentas de resultados en Empresas en el orden de
$140 Millones de Dólares en el Sector de Telecomunicaciones. Su pasión por el
Product Management, el Desarrollo de Productos y la Innovación han guiado
su exitosa carrera profesional dedicada a obtener resultados sobresalientes.
Tiene una formación de Ph.D in Electrical Engineering en Florida Atlantic
University, USA, un Master y Bachelor of Science in Electrical Engineering del
Naval Postgraduate School, CA, USA, Project Management y Manufacturing
Cost Strategies en el California Institute of Technology, Caltech, USA. Ha sido
reconocido como Experto Global por el Gerson Lehrman Group y el Society of
Industry Leaders de Vista Research USA. Es miembro del International Neural
Network Society INNS. Reconocido por la Lista “Who is Who in the World”,
y las prestigiosas publicaciones Great Minds of the XXI Century, USA y 2000
Outstanding Intelectuals of the XXI Century, IBC de Cambridge, Inglaterra.
Reconocido por IBC como Top 100 Professionals 2010.
*
Envíeme su respuesta vía Twitter a @stockfjm.
45