สมองแมลงจำลองกับการขุดบิตคอยน์ จุดพลิกเกมของการคำนวณทางชีววิทยา

สมองแมลงจำลองคืออะไร และทำไมการคำนวณทางชีววิทยาถึงน่าจับตา

สมองแมลงจำลอง คือแบบจำลองดิจิทัลของโครงข่ายเส้นประสาทในสมองแมลงที่สร้างจากข้อมูลการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาท เพื่อให้สามารถจำลองการยิงสัญญาณและการประมวลผลข้อมูลของสมองจริงบนคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม การคำนวณทางชีววิทยาในบริบทนี้จึงหมายถึงการใช้คุณสมบัติของเซลล์ประสาทและโครงสร้างสมองมาเป็นหน่วยประมวลผลทางเลือก แทนการพึ่งพาแต่ชิปซิลิกอนที่คุ้นเคย แนวคิดนี้เปิดช่องให้ตั้งคำถามว่าเราจำกัดตัวเองอยู่กับสถาปัตยกรรมแบบเดียวมากเกินไปหรือไม่ และสมองสิ่งมีชีวิตอาจเป็นคำตอบของการคำนวณประสิทธิภาพสูงพลังงานต่ำในอนาคต

จุดเปลี่ยนที่ทำให้สมองแมลงจำลองเป็นประเด็นร้อนในโลกคริปโตและเทคโนโลยีคือการเปิดตัวโปรเจกต์ที่ประกาศว่าเป็น “นักขุดบิตคอยน์จากเซลล์ประสาทอินทรีย์ตัวแรกที่อ้างอิงจากสมองแมลงวันผลไม้” ซึ่งถูกนำเสนอผ่านเว็บเบราว์เซอร์ในรูปแบบตัวอย่างการทำงานเพื่อพิสูจน์แนวคิด แก่นของเรื่องไม่ใช่เพียงความแปลกใหม่ แต่คือการท้าทายสมมติฐานเดิมว่าเฉพาะชิปซิลิกอนที่เล็กลงเรื่อยๆ เท่านั้นที่จะพาเราไปสู่การประมวลผลที่ทรงพลังขึ้น เมื่อสมองแมลงขนาดเท่าปลายดินสอถูกจำลองให้ทำงานที่แม้แต่คอมพิวเตอร์ระดับประวัติศาสตร์ยังแทบแตะไม่ถึง ภาพของภูมิทัศน์การคำนวณในอนาคตจึงเริ่มเปลี่ยนไปอย่างชัดเจน

HashFly การทดลองขุดบิตคอยน์ด้วยสมองแมลงจำลองและข้อเท็จจริงด้านประสิทธิภาพ

บริษัทผู้ผลิตนักขุดแบบ ASIC ตระกูล Apollo ได้เปิดตัว HashFly ซึ่งอธิบายว่าเป็น “นักขุดบิตคอยน์จากเซลล์ประสาทอินทรีย์ตัวแรกที่อ้างอิงจากสมองแมลงวันผลไม้” และเปิดให้ใช้งานบนเว็บไซต์ในสัปดาห์นี้ ภายในเว็บแอป ผู้ใช้จะเห็นภาพสมองแมลงที่แสดงเส้นทางการยิงสัญญาณของเซลล์ประสาทแบบเรียลไทม์ พร้อมตัวเลข “2,914 traces firing” ซึ่งเป็นเพียงเศษเสี้ยวจากชุดข้อมูลสมอง MaleCNS v1.0 ที่มีเซลล์ประสาทที่สร้างใหม่ทั้งหมด 165,122 เซลล์ การทดลองนี้เลือกใช้โฟโตรีเซพเตอร์จำลองในดวงตาแมลงอ่านส่วนหัวบล็อก แล้วให้เซลล์ประสาทชนิด PPL101 ยิงสัญญาณเมื่อคำนวณฟังก์ชัน double SHA-256 ได้ตามเป้าหมาย

แม้ระดับความยากสูงสุดในเว็บเดโอมักง่ายกว่าการขุดบิตคอยน์บนเครือข่ายจริงมาก แต่นักพัฒนาอธิบายจุดประสงค์ชัดเจนว่าเพื่อแสดงศักยภาพด้านประสิทธิภาพพลังงานของการคำนวณทางชีววิทยา พวกเขาประมาณว่าหากขยายแนวคิดนี้ไปสู่เซลล์ประสาทอินทรีย์จริงและใช้เซลล์ทั้งหมดในการทำแฮชอย่างต่อเนื่อง จะได้อัตราแฮชที่ประมาณ 1 วัตต์ต่อเทราะแฮช หรือดีกว่าชิปซิลิกอนแบบ ASIC ขนาด 3 นาโนเมตรที่ดีที่สุดถึง 10 เท่า ประโยคนี้ควรค่าแก่การถูกอ้างอิงซ้ำในวงการว่า “ถ้าขยายบนเซลล์ประสาทอินทรีย์จริงได้ สมองแมลงจะขุดได้ที่ราว 1 วัตต์ต่อเทราะแฮช เป็นประสิทธิภาพเหนือชิปซิลิกอน 3 นาโนเมตรที่ดีที่สุดประมาณสิบเท่า” เพราะมันชี้ให้เห็นอย่างเจาะจงว่าชีวภาพอาจชนะวัสดุซิลิกอนในบางงานคำนวณเฉพาะทาง

จาก Apollo สู่สมองแมลง สองสุดขั้วของการขุดบิตคอยน์

หากจะเข้าใจว่าแนวคิดแบบ HashFly แตกต่างจากคอมพิวเตอร์แบบเดิมมากแค่ไหน ตัวอย่างที่ชัดเจนคือการนำคอมพิวเตอร์ Apollo Guidance Computer ซึ่งเคยนำทางยานอวกาศ มาทดลองคำนวณแฮชบิตคอยน์ด้วยภาษาแอสเซมบลีดั้งเดิม ผลคือเครื่องต้องใช้เวลาราว 5.15 วินาทีต่อแฮช SHA-256 หนึ่งครั้ง และเพราะการขุดบิตคอยน์ต้องคำนวณหัวบล็อกสองครั้ง จึงเท่ากับราว 10.3 วินาทีต่อหนึ่งบิตคอยน์แฮช เมื่อเทียบกับเครือข่ายบิตคอยน์ในปีนั้นซึ่งทำงานอยู่ที่ประมาณ 65 เอ็กซะแฮชต่อวินาที การคำนวณระบุว่า AGC จะต้องใช้เวลาราว 4×10^23 วินาทีเพื่อพบบล็อกหนึ่งบล็อก ซึ่งมากกว่าประมาณหนึ่งล้านเท่าของอายุจักรวาล

ตัวเลขที่น่าตกใจยิ่งขึ้นมาจากบริบทปัจจุบัน เมื่อแฮชเรตเครือข่ายบิตคอยน์เพิ่มขึ้นมาอยู่ที่ 934 เอ็กซะแฮชต่อวินาทีหลังการปรับความยากเมื่อวันที่ 5 กันยายน เพิ่มจากระดับเดิมประมาณ 14 เท่า หากนำตัวคูณนี้ไปใช้กับการคำนวณเดิม Apollo Guidance Computer จะต้องใช้เวลาราว 5.8×10^24 วินาทีเพื่อพบบล็อกหนึ่งบล็อก หรือราว 13 ล้านเท่าของอายุจักรวาล ภาพนี้ตอกย้ำข้อเท็จจริงว่าในโลกการขุดบิตคอยน์ คอมพิวเตอร์คลาสสิกยุคเก่าถูกทิ้งห่างอย่างสิ้นเชิง ขณะที่แนวคิดการคำนวณทางชีววิทยาที่อาศัยสมองแมลงจำลองกลับเสนอเส้นทางใหม่ที่เน้นอัตราแฮชต่อวัตต์ แทนการเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์อย่างไม่รู้จบ

การคำนวณทางชีววิทยา ปะทะชิปซิลิกอนและคอมพิวเตอร์ควอนตัม

จุดที่น่าสนใจที่สุดของโปรเจกต์สมองแมลงจำลองไม่ใช่การได้บล็อกบิตคอยน์ แต่คือการตั้งคำถามต่อทิศทางของสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ในระยะยาว ปัจจุบันโลกการขุดบิตคอยน์หล่อเลี้ยงด้วยชิปซิลิกอนแบบ ASIC ขนาดนาโนเมตรเล็กลงเรื่อยๆ ซึ่งออกแบบมาเฉพาะงานฟังก์ชันแฮช ความสำเร็จของชิปเหล่านี้ทำให้หลายคนมองว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเป็นคู่แข่งรายใหญ่ที่สุดในอนาคต อย่างไรก็ตาม ข้อเสนอว่าการคำนวณทางชีววิทยาผ่านเซลล์ประสาทอินทรีย์อาจให้ประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงกว่า 10 เท่าเมื่อเทียบกับชิปซิลิกอน 3 นาโนเมตร ทำให้เราต้องยอมรับว่าเส้นทางสู่ประสิทธิภาพคอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่ใช่แนวทางเดียวที่มีอยู่

ถ้ามองเชิงภาพรวม การคำนวณทางชีววิทยาเสนอจุดแข็งที่ต่างจากทั้งซิลิกอนและคอมพิวเตอร์ควอนตัม ชิปซิลิกอนโดดเด่นด้านความแน่นของทรานซิสเตอร์และโครงสร้างตรรกะแบบดิจิทัล ขณะที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมเน้นการจัดการซูเปอร์โพสิชันและเอนแทงเกิลเมนต์ในบางปัญหาเฉพาะ แต่สมองสิ่งมีชีวิตพัฒนาตัวเองผ่านการคัดเลือกตามธรรมชาติให้ประมวลผลข้อมูลจำนวนมหาศาลด้วยพลังงานต่ำมากในรูปแบบไม่เชิงเส้น การที่ผลการจำลองชี้ว่าการขุดบิตคอยน์อาจทำได้ในระดับ 1 วัตต์ต่อเทราะแฮชหากใช้เซลล์ประสาทอินทรีย์จริง จึงเป็นสัญญาณว่าระบบ “เว็ตแวร์” อาจเข้ามาเป็นชิ้นส่วนหนึ่งในภูมิทัศน์การคำนวณยุคถัดไป เคียงข้างซิลิกอนและควอนตัม แทนที่จะถูกมองเป็นแนวคิดนอกกระแส

เรากำลังมุ่งไปทางไหน เมื่อต้นแบบสมองแมลงเริ่มขุดบิตคอยน์

แม้ HashFly จะยังเป็นเพียงการจำลองผ่านเว็บและใช้ได้เพียงสัดส่วนเล็กน้อยของสมองแมลงวันผลไม้ แต่ผู้พัฒนาระบุว่ากำลังเดินหน้าจำลองเซลล์ประสาททั้งหมดในชุดข้อมูลด้วยฟังก์ชันแฮช SHA-256 และจะเผยแพร่ผลการทดลองในภายหลัง หากโครงการนี้สำเร็จ แม้จะยังห่างไกลจากการใช้งานเชิงพาณิชย์จริง แต่จะให้ข้อมูลเชิงปริมาณว่าระบบสมองจำลองสามารถสเกลไปถึงระดับไหนในงานที่เป็นโครงสร้างบิตและฟังก์ชันเข้ารหัสที่ตายตัวอย่างการขุดบิตคอยน์

คำถามที่สำคัญสำหรับผู้สนใจเทคโนโลยีไม่ใช่แค่ว่าเราจะสร้างนักขุดจากเซลล์ประสาทอินทรีย์ได้หรือไม่ แต่คือเราพร้อมจะออกแบบแนวคิดคอมพิวเตอร์ใหม่ที่ไม่ได้ผูกติดกับซิลิกอนอย่างเดียวหรือยัง ตัวอย่างเช่น เมื่อมีคนแหย่สมองแมลงจำลองให้ลองเล่นเกมหรือเทรดการเงินหลังการเผยแพร่ชุดข้อมูลสมองเต็มชุด เราจะมองสิ่งเหล่านี้เพียงเป็นงานทดลองสนุกๆ หรือเป็นสัญญาณว่าการคิดเชิงสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์กำลังขยับออกจากกรอบเดิม ในมุมมองเชิงวิจารณ์ การก้าวกระโดดจาก Apollo ที่ต้องใช้เวลายาวนานกว่าอายุจักรวาล 13 ล้านเท่าในการหาบล็อกบิตคอยน์ ไปสู่สมองแมลงจำลองที่มีศักยภาพจะขุดด้วยพลังงานระดับ 1 วัตต์ต่อเทราะแฮช บอกกับเราชัดเจนว่าระบบการคำนวณไม่ได้มีทางเดินเดียว และอนาคตของการคำนวณอาจถูกกำหนดโดยชีววิทยาไม่แพ้ฟิสิกส์ของควอนตัมและวัสดุซิลิกอน