Singapore sperimenta una nuova frontiera del calcolo neuromorfico: un sistema che combina neuroni umani vivi e circuiti elettronici per elaborare informazioni con consumi energetici estremamente ridotti. Il progetto, sviluppato con il coinvolgimento della National University of Singapore (NUS), punta a valutare se il biocomputing possa diventare una tecnologia utilizzabile anche nelle infrastrutture digitali commerciali.
Neuromorfismo, a Singapore il primo prototipo su scala commerciale
La crescita dell’intelligenza artificiale sta aumentando rapidamente la domanda energetica dei data center. L’addestramento e l’esecuzione dei grandi modelli richiedono infatti enormi capacità computazionali, affidate principalmente a processori e GPU ad alte prestazioni.
A Singapore, l’operatore di infrastrutture digitali DayOne ha avviato una collaborazione con la startup australiana Cortical Labs e con la National University of Singapore per sperimentare un approccio radicalmente diverso: utilizzare cellule neuronali vive come parte integrante dell’hardware.
Un rack con circa 16 milioni di neuroni
Il prototipo comprende un rack autonomo formato da 20 unità Cortical Cloud CL1, installato presso il NUS Life Sciences Institute. Complessivamente, il sistema utilizza circa 16 milioni di neuroni umani vivi.
Le cellule vengono coltivate a partire da staminali pluripotenti e interfacciate con circuiti di silicio. Attraverso segnali elettrici, i neuroni possono ricevere informazioni, modificare la propria risposta sulla base degli stimoli e produrre un output in tempo reale.
L’obiettivo è sfruttare alcune caratteristiche tipiche del cervello biologico, a partire dalla capacità di adattarsi e apprendere consumando una quantità di energia molto inferiore rispetto alle architetture informatiche convenzionali.
Biocomputing e consumi energetici dei data center
Il principale interesse commerciale riguarda proprio l’efficienza. L’espansione dell’intelligenza artificiale sta aumentando il fabbisogno elettrico delle infrastrutture digitali, rendendo il consumo energetico uno dei problemi centrali per il futuro del settore.
Il biocomputing propone un paradigma differente. Le reti neuronali biologiche richiedono una frazione dell’energia necessaria per alimentare le GPU tradizionali e potrebbero quindi offrire capacità di elaborazione adattiva con un’impronta energetica più contenuta.
Non significa, tuttavia, che questi sistemi siano già pronti a sostituire i server convenzionali. Il progetto di Singapore ha soprattutto lo scopo di verificare le prestazioni dell’intelligenza organica in condizioni operative più vicine a quelle di una vera infrastruttura informatica.
Possibili applicazioni nella ricerca biomedica
Rickie Patani, neuroscienziato della NUS coinvolto nella gestione delle colture cellulari, punta a utilizzare questa piattaforma ibrida anche nella ricerca biomedica.
La possibilità di lavorare direttamente con reti neuronali biologiche potrebbe contribuire alla validazione di modelli sperimentali e allo studio di nuove terapie contro le malattie neurodegenerative.
Il progetto rappresenta quindi un punto d’incontro tra informatica, neuroscienze e biotecnologie, settori che negli ultimi anni stanno convergendo nello sviluppo di sistemi capaci di imitare sempre più da vicino il funzionamento del cervello.
Dal Pong al server biologico
La tecnologia di Cortical Labs ha già attirato attenzione negli anni scorsi. In precedenti esperimenti, reti di neuroni coltivati in laboratorio erano state addestrate a interagire con una versione semplificata del videogioco Pong.
Il principio alla base di queste sperimentazioni è che le cellule neuronali possono modificare il proprio comportamento in risposta agli stimoli ricevuti, cercando condizioni più prevedibili.
Con il sistema CL1, questa ricerca è passata da esperimenti relativamente circoscritti a un’infrastruttura composta da più unità integrate in un unico rack.
La sfida: mantenere vivo l’hardware
Il biocomputing introduce però problemi completamente diversi rispetto all’informatica tradizionale. Un normale server può essere spento e successivamente riavviato. Un sistema basato su cellule vive, invece, richiede condizioni ambientali costantemente controllate.
Nutrienti, ossigenazione e biosicurezza
I neuroni devono ricevere nutrienti adeguati e devono essere mantenuti nelle condizioni necessarie alla loro sopravvivenza. Un’interruzione prolungata dell’apporto nutritivo o dell’ossigenazione potrebbe provocare la morte delle cellule e compromettere definitivamente la capacità computazionale del sistema.
La manutenzione di un data center biologico deve quindi integrare competenze normalmente associate ai laboratori scientifici: controllo delle colture cellulari, biosicurezza, gestione dei nutrienti e monitoraggio continuo dell’ambiente biologico.
L’hardware, in altre parole, non può soltanto guastarsi: può anche degradarsi biologicamente. Questo introduce costi e complessità operative che, allo stato attuale, restano difficili da quantificare.
I numeri del progetto di Singapore
Il progetto pilota prevede 20 unità Cortical Cloud CL1 installate presso il NUS Life Sciences Institute, per un totale di circa 16 milioni di neuroni umani vivi.
DayOne mette a disposizione l’infrastruttura del data center, Cortical Labs fornisce la tecnologia neuronale, mentre NUS Medicine contribuisce alla componente biologica e alla gestione delle colture cellulari.
L’obiettivo è verificare il comportamento dell’intelligenza organica sotto carichi operativi reali e raccogliere dati utili per una possibile futura integrazione in infrastrutture commerciali a basso consumo energetico.
Il progetto di Singapore segna così un passaggio importante per il neuromorfismo: dalla sperimentazione di laboratorio verso sistemi più grandi e integrati. Prima che i server biologici possano diventare una reale alternativa alle architetture tradizionali, tuttavia, sarà necessario dimostrarne affidabilità, durata, scalabilità e sostenibilità economica.
