18 августа IBM представила первые в мире когнитивные вычислительные чипы, называемые иногда “cognizers”. Воспроизводя функции нейронов и синапсов мозга человека, в IBM создали первый в мире процессор, предназначенный для работы с огромными потоками информации от множества источников путем адаптации, подобно мозгу человека.
Когнитивные чипы уже обыграли людей в “Pong”, вселив надежду в то, что в будущем когнитивные компьютеры могут быть наделены всеми возможностями человека.
Новые когнитивные вычислительные чипы создаются в рамках программы агентства DARPA под названием SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics — системы адаптивной нейроморфной гибко масштабируемой электроники). IBM и ее исследовательские партнеры в университетах недавно получили финансовую поддержку в размере 21 млн. долл. для продолжения работ по проекту.
Разработчики уже создали действующую модель мозга кошки, получившую название “Синее вещество”, и совсем недавно представили полный неврологический атлас мозга обезьяны.
Сперва пришлось прибегнуть к современным достижениям неврологии для разработки алгоритмов точного моделирования функций мозга. Затем учёные обратились к исследованиям в области нанотехнологий, используя нанополупроводники в качестве высокопроизводительных элементов ядра когнитивных вычислительных чипов.
В IBM разработали два действующих прототипа, каждый из которых был произведен с использованием 45-нм технологии SOI-CMOS и содержит 256 нейронов. Один из прототипов содержит 262 144 программируемых, другой — 65 536 самообучающихся синапсов.
Команда исследователей IBM продемонстрировала работу простых приложений, в том числе навигацию, машинное зрение, распознавание образов, ассоциативную память и классификацию. Когнитивный компьютер может с легкостью обрабатывать показания тысяч датчиков, измеряющих температуру океана, давление, высоту волн, акустические параметры и приливы, а затем выдавать сверхточные предупреждения о цунами, заявляют в корпорации.
В супермаркетах перчатка мерчендайзера, оборудованная датчиками, может контролировать цвет, запах, текстуру и температуру товара, выкладываемого на прилавки. Такое устройство способно немедленно указать на зараженные или испорченные продукты.
Конечная цель этого проекта заключается в построении искусственного мозга, схожего по размерам, возможностям и энергопотреблению с мозгом человека.
Выходя за рамки архитектуры фон Неймана
Обычные компьютеры, которыми мы пользуемся сегодня, в действительности построены на основе старой модели, впервые предложенной Джоном фон Нейманом в 1945 г. Так называемая архитектура фон Неймана искусственно отделяет обработку данных от хранения путем разделения процессора и его памяти.
К сожалению, это разделение труда делает чрезвычайно сложной задачу объединения данных, полученных из множества потоков. На сегодняшний день это нерешенная проблема номер один для компьютерных систем. Когнитивные компьютеры, в свою очередь, действуют по принципу мозга человека, распределяя обработку и память в пределах одной системы, которая в мозге состоит из нейронов и синапсов.
“Наш чип представляет собой явный отказ от традиционной архитектуры фон Неймана, — заявляет Дхармендра Модха, руководитель исследовательского проекта IBM Research. — Все функции хранения объединены с функциями обработки, создавая в некотором роде социальную сеть нейронов, программное обеспечение которой хранится в синапсах”.
Нейроны — это крошечные клетки, которые по своей природе объединяют входящую информацию из множества источников. В мозге эта информация поступает от миллиардов других нейронов. Мозг использует все нейроны вместе для решениях задач путем интеграции сигналов, получаемых по дендритам от других нейронов до достижения определенного порога. После этого сигнал передаётся выходному аксону, а затем следуют сброс состояния и запуск интеграции заново.
Базовая частота сигналов составляет порядка 10 Гц, причем энергия затрачивается только при генерации импульса. Это позволяет достичь сверхвысокой экономии энергии для компьютеров, имитирующих деятельность мозга, даже при использовании миллиардов нейронов.
Другой основной компонент мозга — это триллионы синапсов, которые усиливают сигналы, генерируемые нейронами. Несмотря на то что нейрон может быть связан с тысячами соседей, каждая из этих связей усиливается или ослабляется синапсом, выполняющим функцию памяти.
Часто используемые связи между двумя нейронами образуют сильную и быструю синаптическую связь, способствуя быстрому ее включению в задачи распознавания образов, например лиц ваших друзей. Связи же, используемые редко, образуют слабую синаптическую связь, которая для распознавания образов требует дополнительного времени.
IBM утверждает, что этот тип архитектуры имеет широкие возможности применения, особенно в современных задачах одновременной обработки потоков данных от множества источников, которые встречаются все чаще и чаще.
