Pusat data hidup Singapura: bagaimana neuron manusia memproses data

Di dalam Pusat Sains Hayat Universiti Nasional Singapura (NUS), terdapat sebuah pusat data yang memerlukan lebih daripada elektrik dan sistem penyejukan—ia juga perlu “diberi makan”.

Kemudahan perintis itu menempatkan satu rak dengan 20 komputer biologi CL1 keluaran Cortical Labs. Ia dikendalikan dalam persekitaran penyelidikan bersama NUS Medicine dan DayOne, sebagai langkah awal untuk menguji sama ada neuron hidup boleh digunakan dalam sistem pengkomputeran khusus.

Namun, ini bukan permulaan era pelayan awan yang menggantikan cip silikon atau GPU. Projek tersebut lebih tepat dilihat sebagai ujian terhadap satu bentuk pengkomputeran hibrid yang menggabungkan tisu biologi, elektronik dan perisian.

Apakah pusat data biologi Singapura?

Sistem ini sering disebut sebagai pengkomputeran “wetware”—gabungan perkakasan biologi dan elektronik. Bahagian pemprosesannya terdiri daripada neuron hidup, manakala cip silikon, elektrod, perisian dan peralatan makmal mengurus kemasukan data, komunikasi elektrik, kawalan persekitaran serta penjagaan sel.

Pemasangan di NUS terdiri daripada satu rak berisi 20 unit CL1. NUS Medicine, DayOne dan Cortical Labs menyifatkannya sebagai rak pelayan bersepadu biologi yang dikendalikan secara bebas dalam persekitaran penyelidikan sebenar. Ini ialah fasa pengesahan sebelum kemungkinan pemindahan ke kemudahan pusat data komersial DayOne.

Kemudahan itu mula beroperasi pada 16 Julai, menurut laporan yang memetik pihak projek.

Bagaimana neuron hidup memproses data?

Setiap CL1 mengandungi sekurang-kurangnya 200,000 neuron manusia yang ditanam di makmal. Sel tersebut berasal daripada sel darah yang diprogramkan semula menjadi sel stem, sebelum dikultur di atas cip silikon yang dilengkapi elektrod.

Elektrod itu menyediakan sambungan dua hala antara neuron dan komputer biasa:

1. Komputer menukar maklumat kepada rangsangan elektrik untuk dihantar kepada rangkaian neuron.
2. Neuron bertindak balas melalui corak aktiviti elektrik.
3. Susunan elektrod mengukur aktiviti tersebut dan menghantarnya semula kepada perisian sebagai output.

Proses gelung tertutup ini membolehkan neuron berinteraksi dengan persekitaran simulasi dan menyesuaikan tindak balasnya. Sistem operasi biologi Cortical Labs, yang dikenali sebagai biOS, mewujudkan persekitaran simulasi itu serta menghantar maklumat kepada neuron.

Jadi, neuron bukan sekadar hiasan biologi dalam sebuah pelayan. Neuron membentuk komponen adaptif yang melakukan pemprosesan, sementara silikon menyediakan lapisan kawalan, antara muka dan komunikasi.

Mengapa sistem sokongan hayat sangat penting?

CL1 bukan pelayan silikon yang boleh dipasang dan dibiarkan beroperasi tanpa pengawasan. Neuron perlu kekal hidup dalam keadaan yang terkawal.

Setiap tiga hari, juruteknik menambah campuran nutrien yang mengandungi gula, mikronutrien dan penimbal pH. Sistem pencampuran gas pula membekalkan karbon dioksida, oksigen dan nitrogen, di samping mengekalkan keadaan yang diperlukan untuk kultur sel.

Ini bermakna pengkomputeran biologi bukanlah pengkomputeran tanpa infrastruktur. Ia mungkin mengurangkan keperluan elektrik dan penyejukan tertentu, tetapi pada masa sama memerlukan bahan guna habis makmal, kawalan persekitaran, penyelenggaraan biologi dan tenaga kerja berkemahiran.

Untuk apa pengkomputeran biologi boleh digunakan?

Cortical Labs berpendapat rangkaian neuron biologi mungkin dapat belajar daripada jumlah contoh yang lebih kecil dan menyesuaikan diri dengan lebih fleksibel apabila keadaan berubah. Jika dakwaan itu terbukti, teknologi ini boleh berguna untuk tugasan yang sukar disokong oleh set data besar dan berlabel lengkap.

Antara kegunaan yang sedang dibincangkan ialah:

• Robot humanoid: Robot yang bekerja di rumah, pejabat atau ruang awam berdepan situasi tidak menentu yang sukar diramalkan sepenuhnya.
• Keselamatan siber: Sistem biologi boleh diuji untuk mengesan aktiviti luar biasa walaupun tidak tersedia contoh berlabel bagi setiap jenis serangan.
• Penyelidikan adaptif: Saintis boleh mengkaji cara rangkaian neuron hidup bertindak balas terhadap input dan maklum balas yang dikawal.
• Eksperimen robotik dan permainan: Kemudahan Cortical Labs di Melbourne dilaporkan digunakan oleh pelanggan korporat dan universiti untuk meneroka bidang sebegini.

Namun, semua ini masih merupakan cadangan atau aplikasi eksperimen. Laporan yang tersedia belum membuktikan bahawa komputer biologi telah mengatasi sistem silikon dalam tugasan robotik atau keselamatan siber pada skala pengeluaran. Perbandingan bebas yang menguji tugasan sebenar masih diperlukan.

Adakah ia benar-benar lebih menjimatkan tenaga?

Cortical Labs menyatakan bahawa satu unit CL1, termasuk peralatan sokongan hayatnya, menggunakan kira-kira 30 watt dan tidak memerlukan penyejukan pelayan konvensional. Sebagai perbandingan, Nvidia H100 SXM mempunyai kadar kuasa sehingga 700 watt, manakala sebuah pelayan dengan lapan H100 dilaporkan menggunakan kira-kira 10,200 watt termasuk perkakasan sokongan.

Angka ini membantu menjelaskan mengapa teknologi tersebut menarik perhatian di Singapura. Pusat data menyumbang 7 peratus penggunaan elektrik nasional negara itu pada 2020, manakala kekangan elektrik dan air menjadi sebahagian daripada perbincangan tentang peluasan kapasiti pusat data.

Tetapi kadar penggunaan kuasa sebuah peranti tidak sama dengan kos operasi atau jejak alam sekitar keseluruhan. Maklumat awam yang tersedia belum memberikan penilaian muktamad tentang penggunaan air, kitar hayat atau perbandingan tenaga bagi tugasan yang setara dengan infrastruktur GPU.

Pengiraan yang lengkap juga perlu mengambil kira larutan nutrien, kawalan gas, penghasilan sel, peralatan makmal dan kerja penyelenggaraan manusia. Oleh itu, dakwaan bahawa sistem ini lebih lestari masih perlu diuji secara menyeluruh.

CL1 tidak akan menggantikan GPU

Kes penggunaan paling munasabah untuk CL1 ialah pemprosesan adaptif khusus, bukannya pengkomputeran berprestasi tinggi serba guna. Ketua Pegawai Eksekutif Cortical Labs sendiri mengakui bahawa silikon masih jauh lebih baik untuk pengiraan pantas, tepat dan berulang yang diperlukan oleh model bahasa besar serta beban kerja seumpamanya.

Model yang lebih praktikal ialah model pelengkap:

• pemproses silikon mengendalikan pengiraan konvensional berkapasiti tinggi;
• rangkaian neuron biologi diuji pada tugasan yang mungkin mendapat manfaat daripada kebolehsuaian dan pembelajaran dengan data yang terhad;
• perisian serta elektronik menghubungkan kedua-dua sistem.

Perbezaan ini penting. Istilah “pusat data biologi” tidak bermakna pelayan awan utama akan digantikan dengan rak yang dipenuhi sel hidup dalam masa terdekat.

Kapasiti, penggunaan komersial dan harga

Projek Singapura bermula dengan 20 unit CL1 untuk penyelidikan dan pembangunan dalaman bersama. Rakan projek menggunakan prototaip ini untuk membina kepakaran operasi serta menilai proses pengeluaran dan sokongan yang diperlukan bagi penggunaan lebih besar.

Tertakluk pada pengesahan teknikal, keperluan bioselamat dan kelulusan kawal selia, DayOne dan Cortical Labs sedang meneroka peluasan berperingkat sehingga 1,000 unit di sebuah kemudahan komersial Singapura.

Kemudahan Cortical Labs di Melbourne pula mengendalikan 120 unit CL1 dan dilaporkan mempunyai kira-kira 20 pelanggan penyelidikan korporat serta universiti. Akses jarak jauh kepada satu CL1 dilaporkan berharga AS$2,200 sebulan, berbanding kira-kira AS$4,300 sebulan untuk penyewaan cip AI berprestasi tinggi melalui perkhidmatan awan utama.

Harga tersebut ialah bayaran akses pelanggan, bukannya kos operasi sebenar komputer biologi atau kemudahan NUS. Rakan projek belum mendedahkan kos penuh untuk menyelenggara pemasangan di Singapura.

Cabaran utama teknologi ini

Pengkomputeran biologi masih berdepan beberapa persoalan besar:

• Penyelenggaraan: Neuron memerlukan nutrien, gas dan keadaan persekitaran yang dikawal secara berterusan.
• Konsistensi: Sistem hidup mungkin kurang deterministik dan kurang mudah diulang berbanding perkakasan digital.
• Penskalaan: Peralihan daripada rak penyelidikan 20 unit kepada 1,000 unit memerlukan penghasilan sel yang konsisten dan operasi yang boleh dipercayai.
• Kawal selia dan bioselamat: Penggunaan komersial yang lebih besar memerlukan kelulusan selain prestasi teknikal.
• Penanda aras: Dakwaan tentang kecekapan pembelajaran, penggunaan tenaga dan kebolehsuaian masih memerlukan ujian bebas dalam keadaan sebenar.
• Penilaian alam sekitar: Penggunaan elektrik yang lebih rendah tidak dengan sendirinya membuktikan jejak air atau jejak kitar hayat yang lebih kecil.

Kekangan ini menjelaskan mengapa pemasangan di Singapura dianggap sebagai projek pengesahan berperingkat, bukannya pengganti siap guna untuk ladang pelayan konvensional.

Apa maknanya untuk industri pusat data Singapura?

Pusat data biologi Singapura paling sesuai difahami sebagai satu eksperimen strategik. Jika keupayaan belajar daripada data terhad dan menyesuaikan diri dengan keadaan berubah dapat disahkan melalui ujian bebas, pengkomputeran wetware mungkin memberi Singapura satu ceruk baharu untuk menambah kapasiti AI terpilih tanpa meningkatkan keperluan penyejukan dan elektrik pada kadar yang sama seperti infrastruktur berasaskan GPU.

Buat masa ini, bukti yang ada menyokong kesimpulan yang lebih sederhana: Singapura telah membangunkan prototaip kecil yang menggunakan neuron hidup untuk pengkomputeran, digabungkan dengan sistem kawalan berasaskan silikon. Kepentingan sebenar projek ini terletak pada usaha menentukan sama ada seni bina luar biasa itu boleh menjadi berguna, boleh dipercayai dan berskala secara komersial—bukan pada dakwaan bahawa pelayan biologi akan menggantikan pusat data arus perdana.