¿Por qué las poderosas computadoras de hoy usan tanta energía en comparación con el cerebro humano que usa menos que una bombilla?

Sospecho que esta pregunta estaba más dirigida a un enfoque comparativo, por ejemplo, el rendimiento por vatio .

Bajo esta métrica, los cerebros humanos son extremadamente eficientes.

La principal diferencia aquí es que los procesadores diseñados por humanos son rápidos debido principalmente a su frecuencia de reloj (frecuencia) o número de operaciones por unidad de procesamiento lógico por segundo. En resumen, solo obtenemos unos pocos componentes para que funcionen realmente, muy rápido: miles de millones de instrucciones por segundo (aproximadamente 14 mil millones por segundo para una CPU de cuatro núcleos a 3.5 GHz con plena utilización, y sin la implementación de una tubería, lo que podría sesgar esto inferior).

Los cerebros humanos son muy diferentes, con una frecuencia de reloj de solo unos 5-50 Hz; sin embargo, tienen una cantidad ridícula de “núcleos”, es decir, las propias unidades de procesamiento: neuronas. Un adulto humano tiene alrededor de 100 mil millones de neuronas. Cada neurona es más estúpida que un núcleo de CPU, pero se pueden conectar de formas extremadamente complicadas.

Una frecuencia de operación más baja generalmente significa una menor utilización de energía. No explicaré por qué, pero tiene que ver con las características físicas del cambio de señal. Esta es parte de la razón por la cual vemos ventajas del enfoque lento pero distribuido.

Resumir:

  • Las CPU no están conectadas como las neuronas, derivan su poder de hacer cosas simples realmente rápido y, por lo tanto, pueden hacer casi cualquier cosa con la misma competencia.
  • Los cerebros son más especializados y obtienen su poder de hacer cosas realmente complicadas más lentamente y de una manera masivamente distribuida, lo que lleva a un ahorro de energía.

Una gran cantidad de “procesamiento” en nuestros cerebros se realiza a nivel molecular, mientras que un circuito digital es un conjunto de conductores y semiconductores ruidosos [matemáticos] – [/ matemáticos] es como comparar un reloj electrónico con el Big Ben mecánico. Las operaciones moleculares requieren mover solo un par de electrones para realizar una operación compleja, mientras que en un circuito digital típico se requieren mover miles de ellos para estar suficientemente por encima de cualquier nivel de ruido (y todo eso para voltear solo un bit). Las energías requeridas para operaciones de complejidad similar aquí son algunas órdenes más altas.

Entonces, el cerebro funciona como un sistema analógico con una gran cantidad de procesamiento presumiblemente mecánico cuántico. Es mucho más eficiente que un circuito digital equivalente, pero esto tiene un costo [matemático] – [/ matemático] cualquier ruido puede arruinar el procesamiento analógico / cuántico fácilmente, mientras que un circuito digital mantiene sus umbrales de voltaje y corriente muy por encima del nivel de ruido en Para evitar voltear accidentalmente los bits de datos (como ya se mencionó), casi no hay lugar para errores. Entonces, el cerebro tiene la libertad de cometer errores en su lógica de “conmutación”, pero no son tan significativos a nivel global (es resistente al ruido [matemática] – [/ matemática] de una manera que el ruido es probablemente incluso una parte significativa de procesamiento). Por el contrario, una computadora tiene que procesar con precisión en todos los niveles.

Finalmente, estos son dos mundos diferentes, los algoritmos son completamente diferentes. Difícil de comparar en primer lugar.

Porque las computadoras modernas son mucho menos eficientes que el cerebro humano.

Fuera del análogo del cerebro humano, procesa grandes cantidades de información en paralelo, no lineal y en serie, como lo hacen las computadoras (relativamente la mayor parte del tiempo, sé que las computadoras son capaces de procesar en paralelo, de ninguna manera cerca de la extensión en que el cerebro es capaz)

La red neuronal en el cerebro es extremadamente eficiente, dado que es mucho más grande y tiene muchas más rutas para transportar información que las computadoras.

Sin embargo, tenga en cuenta que, aunque el cerebro es una pequeña parte de nuestro cuerpo, requiere un asombroso 20 por ciento de los recursos del cuerpo para funcionar.

Puedes agradecer a la evolución por eso.

Cosas con cerebros insuficientes que tenían que competir con otros que lo hacían, tendían a hacerlo mal (especies como los osos koala tendían a morir rápidamente una vez que se producía la competencia, ya que simplemente eran demasiado estúpidos para tener capacidad intelectual para adaptarse). A veces lo hicieron tan mal como para extinguirse. Eso hizo que la capacidad intelectual fuera útil.

Entonces, las cosas que comían mucha (energía) tendían a morir cuando la comida escaseaba.

La combinación de los dos forzó la capacidad intelectual y la eficiencia energética en una relación que fue buena para sobrevivir. Por supuesto, la proporción no se produjo de inmediato (e incluso ahora la evolución cambia la proporción en función de las tasas de supervivencia) y las diversas proporciones diferentes se enfrentaron al mayor desafío: sobrevivir.

Nuestro cerebro no procesa información y no es una computadora. Nunca encontrarás recuerdos o información dentro de tu cerebro.

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Porque un alce se parece más a un árbol que un cerebro a una computadora.

La biología es muy eficiente. Las reacciones químicas tienen un gran valor positivo para el intercambio de mensajes y el ARN es muy bueno para almacenar información.