Первый в мире суперкомпьютер, способный моделировать работу мозга, создается в Университете Западного Сиднея.
По данным исследователей, суперкомпьютер, запуск которого запланирован на апрель 2024 года, будет конкурировать по предполагаемой скорости операций с человеческим мозгом. Машина под названием DeepSouth способна выполнять 228 триллионов синаптических операций в секунду.
Это первый в мире суперкомпьютер, способный моделировать сети нейронов и синапсов (ключевых биологических структур, составляющих нашу нервную систему< a i=2>) в масштабе человеческого мозга.
DeepSouth придерживается подхода известного как нейроморфные вычисления, целью которого является имитация биологических процессов человеческого мозга. Базироваться суперкомпьютер будет на базе Университета Западного Сиднея и внесет ключевой вклад в развитие региона как центра высоких технологий.
Наш мозг — самая удивительная вычислительная машина, которую мы знаем. Распределяя свою вычислительную мощность на миллиарды маленьких единиц (нейронов), которые взаимодействуют через триллионы связей (синапсов), мозг может конкурировать с самыми мощными суперкомпьютерами в мире, при этом потребляя ту же мощность, что и лампочка в холодильнике.
Другие суперкомпьютеры, обычно занимают много места и требуют для работы большого количества электроэнергии. Самый мощный суперкомпьютер в мире, Hewlett Packard Enterprise Frontier, может выполнять чуть более одного квинтиллиона операций в секунду. Его площадь составляет 680 квадратных метров, а для работы ему требуется 22,7 мегаватт.
Наш мозг может выполнять такое же количество операций в секунду при мощности всего 20 Вт при весе всего 1,3–1,4 кг. Нейроморфные вычисления используемые в DeepSouth, призваны раскрыть секреты этой удивительной эффективности.
Транзисторы на пределе
30 июня 1945 года математик и физик Джон фон Нейман описал конструкцию новой машины Электронный автоматический компьютер с дискретными параметрами (Edvac). Это фактически определило современный электронный компьютер, каким мы его знаем.
Все современные гаджеты и самый мощный суперкомпьютер в мире имеют одну и ту же фундаментальную структуру описанную фон Нейманом. Все они имеют отдельные блоки обработки и памяти, где данные и инструкции хранятся в памяти и вычисляются процессором.
На протяжении десятилетий количество транзисторов в микрочипе удваивалось примерно каждые два года, что позволило нам иметь меньшие по размеру и более дешевые компьютеры.
Однако сейчас, размеры транзисторов приближаются к атомным масштабам. При таких крошечных размерах проблемой является чрезмерное выделение тепла, а также явление, называемое квантовым туннелированием, которое мешает работе транзисторов. Это замедляет и в конечном итоге остановит миниатюризацию транзисторов.
Чтобы решить эту проблему, ученые изучают новые подходы к вычислениям, начиная с мощного компьютера, который мы все спрятали в своих головах, — человеческого мозга. Наш мозг не работает в соответствии с моделью компьютера Джона фон Неймана. У них нет отдельных областей вычислений и памяти.
Вместо этого он работает, соединяя миллиарды нервных клеток, которые передают информацию в форме электрических импульсов. Информация может передаваться от одного нейрона к другому через соединение, называемое синапсом. Организация нейронов и синапсов в мозге является гибкой, масштабируемой и эффективной.
Таким образом, в мозгу (в отличие от компьютера) память и вычисления управляются одними и теми же нейронами и синапсами. С конца 1980-х годов ученые изучают эту модель с намерением перенести ее в компьютеры.
Имитация жизни
Нейроморфные компьютеры основаны на сложных сетях простых элементарных процессоров (которые действуют как нейроны и синапсы мозга). Основным преимуществом этого является то, что эти машины по своей сути являются «параллельными».
Это означает, что как и в случае с нейронами и синапсами, практически все процессоры компьютера потенциально могут работать одновременно, обмениваясь данными в тандеме.
Кроме того, поскольку вычисления, выполняемые отдельными нейронами и синапсами, очень просты по сравнению с традиционными компьютерами, потребление энергии на порядки меньше. Хотя нейроны иногда считают единицами обработки, а синапсы — единицами памяти, они способствуют как обработке, так и хранению. Другими словами, данные уже находятся там, где этого требуют вычисления.
Это ускоряет работу мозга в целом, поскольку нет разделения между памятью и процессором, что в классических машинах (фон Неймана) приводит к замедлению работы. Но это также позволяет избежать необходимости выполнять конкретную задачу по доступу к данным из компонента основной памяти, как это происходит в обычных вычислительных системах и потребляет значительные объемы энергии.
Принципы, которые мы только что описали, являются основным источником вдохновения для DeepSouth. Эта платформа позволит улучшить наше понимание мозга и разработать вычислительные приложения масштаба мозга в различных областях, включая сенсорику, биомедицину, робототехнику, космос и крупномасштабные приложения искусственного интеллекта».
На практике это приведет к развитию интеллектуальных устройств, таких как мобильные телефоны, датчики для производства и сельского хозяйства, а также к менее энергоемким и более интеллектуальным приложениям искусственного интеллекта.
Поскольку нейроморфные компьютеры созданы для имитации реального мозга, они могут стать началом поворотного момента. Они являются идеальной платформой для целого ряда приложений. У них есть потенциал, чтобы улучшить понимание того, как работает мозг человека.
Ввести в эксплуатацию DeepSouth планируется к апрелю 2024 года.
Источник: Western Sydney