В IBM приблизились к реализации замысла о разработке компьютера, обладающего «разумом» и способностью принимать решения, подобно человеку.
Созданный в корпорации чип под названием TrueNorth имитирует функции головного мозга человека. Сейчас в IBM тестируют TrueNorth, сопоставляя его по быстродействию и энергоэффективности с современными компьютерами.
Результаты «лобового» сравнения впечатляют. Как заявляют в IBM, TrueNorth может решать задачи глубинного обучения и, подобно людям, принимать решения исходя из ассоциаций и вероятностей. При этом чип расходует в разы меньше энергии, чем традиционные процессоры.
Способности чипа TrueNorth в области обучения и решения вычислительных задач «позволят наделить интеллектом робототехнику, автомобили, смартфоны, облачные платформы, суперкомпьютеры и весь вычислительный стек Интернета вещей», — говорится в посте IBM.
В текущем году процессор демонстрировался корпорацией в компьютере под названием NS16e, смоделированном по образу головного мозга. Он в состоянии справляться с распознаванием образов, речи и закономерностей с помощью процессорных модулей, объединенных в нейронную сеть.
В мозге человека 100 млрд нейронов, общающихся друг с другом по триллионам соединений, называемых синапсами. Область, носящая название коры, отвечает, помимо прочего, за обработку визуальной информации, другие зоны занимаются моторными функциями.
Подобно мозгу, у NS16e, оснащенного 16 чипами TrueNorth, есть свои цифровые «нейроны», только их меньше. В каждом процессоре TrueNorth миллион искусственных нейронов и 256 млн синапсов-проводников. NS16e обладает особой архитектурой памяти, вычислительных элементов и подсистем связи, которая обеспечивает энергоэффективную обработку данных.
Как сообщают в IBM, процессор TrueNorth способен классифицировать 1200-2600 изображений в секунду, расходуя при этом от 25 до 275 мВт. Чип также может обнаруживать закономерности в 50-100 параллельных видеопотоках по 24 кадра в секунду. Если бы эта задача выполнялась на смартфоне с процессором TrueNorth, аппарат мог бы работать несколько дней без подзарядки, утверждают в IBM.
Такой смартфон был бы энергоэффективнее, чем современные серверы на основе традиционных графических чипов, центральных процессоров и программируемых логических матриц FPGA. На подобных серверах в Facebook, Google и Microsoft работают системы глубинного обучения, предназначенные для распознавания образов и речи. Чаще всего графические процессоры, на которых функционирует соответствующее программное обеспечение, потребляют более 150 Вт.
В IBM для TrueNorth разработали алгоритмы и модели обучения, действующие по принципу распознавания шаблонов и выстраивания ассоциаций между текущими данными и полученными некоторое время назад. Чип можно использовать с существующими системами, например с MatConvNet — компонентом MATLAB для реализации сверточных нейронных сетей. Разработчики могут создавать в нем модели обучения, а TrueNorth будет выполнять фоновую обработку. Причем напрямую обращаться к процессору программистам не придется.
Эту ситуацию можно сравнить с той, что наблюдалась на заре разработки компьютерных игр, когда у разработчиков не было доступа к графическим процессорам и большинство еще не знало, как пользоваться их возможностями. Не так давно появился интерфейс программирования Vulkan, с помощью которого опытные программисты могут обращаться к функциям видеочипов напрямую.
Перспективы глубинного обучения видны на примере самоуправляемых автомобилей, мощные компьютеры которых обеспечивают безопасное вождение, распознавая сигналы светофора, дорожные знаки, разметку и пр. Подобно чипам в серверах и робомобилях, TrueNorth выполняет низкоуровневую обработку на индивидуальных нейронах, а затем комбинирует результаты, что позволяет идентифицировать объект на изображении или распознать звук. По тому же принципу строится работа специализированных процессоров Intel и Nvidia, но они, как утверждают в IBM, расходуют больше энергии, чем TrueNorth.
Работа над процессором-«мозгом» в IBM еще только началась. В корпорации хотят построить на чипах TrueNorth полный компьютерный аналог человеческого мозга, но вот создать программное обеспечение для машины таких огромных размеров будет весьма непросто.
Разрабатывать чипы, действующие по аналогии с мозгом, в IBM начали в 2004 году, а в 2009-м провели компьютерную симуляцию мозга кошки. Прототип TruNorth, созданный в 2011 году, имел всего 256 цифровых нейронов. Полноценный же компьютер, имитирующий человеческий мозг, скорее всего, появится еще не скоро.
В IBM на сегодняшний день идет работа над квантовым компьютером, который мог бы заменить нынешние ПК и серверы, чья архитектура была создана много десятилетий тому назад. А процессоры, имитирующие работу мозга человека, разрабатывают также в компании Hewlett-Packard Enterprise, в Стэнфордском, Гейдельбергском и Манчестерском университетах.
