Los chips con forma de cerebro están impulsando las computadoras y luchando contra el delito cibernético

Crédito: dominio público CC0

El cerebro humano es más poderoso y eficiente en energía que cualquier computadora. Los científicos imitan la forma en que funciona para producir mejores chips de computadora y ayudar a lidiar con las crecientes cantidades de datos generados todos los días.

Para evitar que los dispositivos domésticos inteligentes sean pirateados, los investigadores están desarrollando chips de cerebro ultra rápido y eficientes en energía que pueden detectar amenazas en tiempo real, justo en nuestros dispositivos.

Desde refrigeradores y televisores inteligentes hasta cepillos de dientes conectados a Internet, cada vez más dispositivos domésticos ahora son parte de Internet de las cosas. Eso hace que sea más fácil analizar los datos de uso o instalar actualizaciones remotas. Pero también es un riesgo de seguridad.

Los piratas informáticos con frecuencia están dirigidos a estos dispositivos inteligentes para crear las llamadas botnets: las redes de dispositivos comprometidos que pueden usarse para lanzar ataques cibernéticos a gran escala.

Computación en el borde

Para abordar esto, podemos, por ejemplo, recopilar todos los datos que pasan a través de un dispositivo y enviarlos a un centro de datos donde los algoritmos de IA se utilizan para detectar actividades sospechosas en millones de dispositivos conectados. Pero eso lleva tiempo y requiere transferir enormes cantidades de datos.

Esta es la razón por la cual los científicos quieren poder hacer estos cálculos localmente, en el refrigerador o el cepillo de dientes.

Pero este concepto de informática de borde, donde los cálculos ocurren localmente, en el borde de la red, también tiene sus desafíos. Varios cálculos complejos deben realizarse rápidamente en pequeños chips que no usan mucha electricidad.

“Si está generando estas cantidades de datos, entonces procesarlos en la mosca es muy exigente”, dijo el Dr. Matěj Hejda, un científico investigador especializado en informática y fotónica avanzadas. Hejda es parte de una iniciativa llamada Neuropuls, que está abordando este problema de frente.

Hejda y otros investigadores del equipo de Neuropuls están desarrollando un pequeño chip o procesador, lo que puede hacer cálculos de IA muy rápidos al tiempo que consume casi ninguna energía.

“Si se produce un ataque cibernético, no puede permitirse demoras. Confiamos en la IA para tomar decisiones rápidas basadas en grandes cantidades de datos. Para eso está diseñado nuestro chip”, dijo.

Poder cerebral

Su innovación está inspirada en el cerebro humano, que puede realizar tareas complejas con mucha menos energía que las computadoras convencionales de hoy. Al basar su trabajo en las características clave del procesamiento neuronal, el equipo espera ofrecer computación inteligente de baja potencia para una gama de aplicaciones del mundo real.

“Los circuitos imitan el comportamiento del cerebro”, dijo el Dr. Fabio Pavanello, un centro nacional principal de investigadores de investigación científica en el Centro de Radiofrequencias, óptica y micro-nanoelectrónica en los Alpes. Pavanello es responsable de coordinar la investigación de neuropuls.

Esta nueva mezcla de neurociencia y alta tecnología se llama computación neuromórfica, y rápidamente está ganando relevancia.

“Hay muchas maneras de hacer esto. Elegimos la fotónica, lo que significa que usamos vigas de luz en lugar de señales eléctricas para hacer los cálculos”, dijo Pavanello.

Fusionar la memoria y el procesamiento

Parte de la investigación se está realizando en los laboratorios de Hewlett Packard Enterprise en Bélgica, donde funciona Hejda. Los investigadores están trabajando para resolver uno de los cuellos de botella en la computación moderna de IA: la memoria.

“Tenemos una forma de evitar esa barrera”, dijo Pavanello. En las computadoras convencionales, la memoria se separa de la unidad de procesamiento central donde ocurren los cálculos. El procesador calcula las cosas, mientras que los datos utilizados en ese cálculo se almacenan en la unidad de memoria.

Esos datos deben cambiar constantemente de la memoria al procesador y la espalda, generalmente a través de algún circuito eléctrico. Eso crea un cuello de botella para AI porque la conexión entre el procesador y la memoria no puede manejar tales flujos de datos masivos.

Este cuello de botella conduce a cálculos más lentos y un mayor uso de energía. Pero los investigadores pueden haber encontrado una solución.

“Nuestro objetivo es colocar la memoria y los cálculos en el mismo lugar”, dijo Hejda. “Así es como se hace en nuestro cerebro, por cierto. En la naturaleza, los recuerdos y el pensamiento parecen estar ubicados”.

Ondas de luz

Otra innovación que propone el chip de Neuropuls es la computación fotónica de potencia ultra baja. En lugar de hacer cálculos con señales eléctricas, utiliza chips especiales donde la luz pasa a través de vías microscópicas llamadas guías de onda.

El uso de la luz proporciona varias ventajas, como pérdida de señal mínima, latencias ultra bajas o retrasos entre el envío y la recepción de datos, y grandes tasas de datos.

“También es más fácil hacer muchos cálculos paralelos con él usando diferentes colores de luz”, dijo Pavanello.

“Usando estos sistemas, puede tener más sensores y recopilar más datos. Eso significa que podemos tomar decisiones mejor informadas con menores costos en energía”.

Otra ventaja del uso de la tecnología fotónica es el potencial para construir escudos más seguros para dichos chips para proteger mejor su funcionamiento y los datos que manejan. “Este es un requisito clave para su uso seguro en sistemas y redes”, agregó Pavanello.

Aumento de autos autónomos

El equipo de investigación de Neuropuls planea probar el nuevo chip en aplicaciones prácticas, como detectar intrusiones en las redes informáticas. Pero también quieren usarlo en otras situaciones del mundo real.

Por ejemplo, podría usarse para acelerar los tiempos de reacción de los autos autónomos. Cuando un vehículo necesita frenar o desviarse repentinamente en el tráfico, no puede esperar a que un centro de datos remoto procese la información y responda, todo debe suceder de manera instantánea y confiable.

Las arquitecturas fotónicas utilizadas en Neuropuls proporcionarán un alto ancho de banda y baja latencia, lo que permite que el software de los automóviles tome decisiones en tiempo real y mejore la seguridad vial.

Los chips también se pueden usar en cámaras y sensores de tráfico, ayudando a optimizar la movilidad urbana o en dispositivos de salud portátiles que monitorean los signos vitales y envían alertas en tiempo real si algo está mal.

Progreso rápido por delante

Los socios en el proyecto incluyen la Comisión de Energias Alternativas y Energía Atómica francesa, el Centro de Supercomputación de Barcelona y las principales universidades de Italia, Bélgica, Portugal, Alemania y Grecia.

Los investigadores apuntan a finalizar y probar su nuevo diseño de chips para 2027. Aún así, puede pasar un tiempo antes de que los chips cerebrales encuentren su camino en nuestros dispositivos, ya que deben estar listos para aplicaciones a mayor escala.

“Pasará algunos años antes de que esto realmente entre en uso generalizado, aunque nuestro enfoque es altamente escalable, gracias al uso de la misma tecnología utilizada para microchips”, dijo Pavanello.

Dicho esto, los chips neuromórficos y fotónicos ya se están convirtiendo en la última moda tecnológica. Las grandes compañías de chips de inteligencia artificial, como Nvidia, están invirtiendo en tecnología fotónica integrada. Para Hejda, esta es una señal de que la tecnología está en la cúspide de una aceptación más amplia.

“Se está volviendo evidente que los actores más grandes en el mercado piensan que la fotónica es una tecnología que necesitan ver”, dijo. “Esa es una buena señal y podría acelerar el camino hacia las aplicaciones del mundo real”.

Proporcionado por Horizon: The UE Research & Innovation Magazine

Cita: los chips con forma de cerebro están aumentando las computadoras y la lucha contra el delito cibernético (2025, 12 de junio) recuperado el 12 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06- brain-chips- boosting-cybebrime.html

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