Компютърният мозък се доближава до човешкия
Последно: 15 август 2014 г. в 07:27
В IBM сглобиха чип, имитиращ работата на 1 млн. неврона и 256 междуневронни връзки.
Повечето съвременни компютри са основани на архитектурата на Фон Нойман. Още през 1945 година Джон фон Нойман е измислил схема на процеса на последователната обработка на данни, която включва аритметично-логическо устройство, занимаващо се с обработка на данни, устройство за управление, памет и устройство за въвеждане и извеждане на информация.
Аритметично-логическото устройство изпълнява дадена операция с данни и преминава към следващата операция и колкото по-бързо се върти този цикъл, толкова по-продуктивен ще бъде компютърът. Честотата на прехода от команда на команда се определя от тактов генератор, издаващ електрични импулси на една или друга зададена честота.
Архитектурата на Фон Нойман има един известен минус, който се състои в това, че и данните, и програмите инструкции, описващи това, което е необходимо да се направи с данните, се намират в една и съща памет. И процесорът или събира данни от паметта, или манипулира с тях в съответствие с командите.
Едновременно не могат да се качват нови данни и да се обработват в рамките на такава схема. Поради това съвременните компютри, колкото и бързи да са те, трудно изпълняват няколко задачи, например свързани с разпознаването на изображения.
Опитвайки се да излязат извън пределите на архитектурата на Фон Нойман, специалистите по „електронни мозъци“ се обърнали към истинските мозъци. Както е известно, нервната система работи благодарение на колосално количество нервни клетки, образуващи контакти помежду си – синапси.
Един и същи неврон образува връзки с много други неврони, отчита при предаването на сигнали „мнението“ на съседите, участва едновременно в няколко невронни контура, разкъсва старите синапси, формира нови и т.н.
Няколко милиарда нервни клетки сякаш постоянно „дишат“, образувайки, усилвайки, отслабвайки и прекъсвайки множество съединения между синапсите. Обработвайки изображение, мозъкът работи паралелно, тоест различни неврони се заемат с различни фрагменти на картинката, вместо последователно, пиксел след пиксел, да я разчитат, както прави процесорът. Същото се отнася и за други задачи, не само визуалните.
Един от успешните опити за вграждане на мозъка в желязо е направен в изследователската лаборатория на IBM в рамките на проекта SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics). Същината му се свежда до създаването на изчислителни ядра, които биха могли да имитират работата на мозъка.
Всяко от тях съдържа „синапс“ (памет), „невронно тяло“ (изчислителен блок) и „аксон“ (комуникационен канал). Работейки успоредно, голям масив от такива ядра може да осигури принципно нови възможности от рода на мигновено разпознаване на сложни изображения, установяване на връзки между обектите, прогнозиране на събития и т.н.
Ако се опише задачата много грубо, то нейната същност е в това да създаде свръхмногоядрен процесор, в който всяко ядро да работи като неврон.
В статия в Science Дхармендра Модха (Dharmendra S. Modha) и колегите му описват чипа TrueNorth, състоящ се от 4000 ядра, всеки който има 256 канала за вход и 256 канала за изход на информация. Електричният сигнал напуска ядрото само ако той превишава някаква прагова стойност – подобно както това се случва в живите неврони.
Чипът TrueNorth, имитиращ милион неврона.
Като цяло за направата на чипа са изразходвани 5,4 млрд. транзистора, които заедно имитират 1 млн. нервни клетки и 256 междуклетъчни съединения.
Съединенията на ядрата в чипа, според авторите на работата, имитират нервните контури на мозъка. Компютър с такъв чип например бързо и коректно ще отличава по снимка просто човек от човек на колело, а леката кола – от другите транспортни средства. „Мозъкоподобният“ чип се оказал не само по-ефективен от стандартните процесори, но и по-малко се нагрявал при работа.
В бъдеще конструкторите се готвят да натоварят своя процесор с още транзистори, за да го направят още по-подобен на мозък. Както беше споменато, на дадения етап чипът имитира работата на 1 млн. неврона, докато в мозъка те са 86 трилиона.
Правени са и други опити да се симулира работата на главния мозък с традиционни микросхемни технологии и най-мащабният от тези опити е възпроизвел 1,6 млрд. неврона и 8,87 трлн. синапса, което съответства на мозъчната кора на котка. За тази цел е използван суперкомпютърът Blue Gene/P Dawn с 147 456 процесора и 144 терабайта основна памет.
С други думи, до този момент дори най-мощният изчислителен комплекс в света не е в състояние да възпроизведе потенциала, който ни е заложила природата. Може би с появата на „невронни процесори“ ситуацията ще започне да се променя.
