Новый чип IBM SyNAPSE для создания нейросетей построен на принципах, позаимствованных у человеческого мозга

IBM_SyNAPSE_20140807_007_fullbleed

Около трех лет прошло с тех пор, как компания IBM впервые представила прототип процессора, вдохновленного деятельностью человеческого мозга, в рамках амбициозного проекта по созданию электронного мозга SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics). С тех пор многое изменилось и представленный тогда одноядерный прототип перерос в первый в своем роде промышленный КМОП-чип, который использует один миллион искусственных нейронов и 256 миллионов синапсов.

Как сообщается в опубликованном на официальном сайте IBM пресс-релизе, новый чип IBM SyNAPSE, использующий не-фон-Неймановскую компьютерную архитектуру, созданную по подобию человеческого мозга, произведен по нормам 28-нм технологического процесса Samsung и представляет собой однокристальную систему, которая состоит из 4096 нейросинаптических ядер. Данный чип способен выполнять 46 миллиардов синаптических операций в секунду в расчете на 1 Вт потребляемой мощности.

Конечно, озвученные IBM цифры впечатляют, но их смысл можно передать таким образом, что они вызовут еще больше интереса: разработка «голубого гиганта» предоставляет устройствам возможность параллельно обрабатывать различные типы сенсорной информации, подобно тому как это делает человеческий мозг, путем слияния памяти и вычислительной мощности в одно целое.

Весь секрет здесь кроется в архитектуре микросхемы, которая включает двухмерную ячеистую сеть из 4096 цифровых распределенных нейросинаптических ядер. Каждое из ядер имеет собственную память, вычислительный ресурс и средство связи, причем все ядра в сети работают параллельно.

Как правило, более высокая скорость обработки информации подразумевает большие затраты энергии, но новый чип SyNAPSE от IBM полностью меняет эту парадигму. Используя мощность 5,4 миллиардов транзисторов, чип потребляет всего 70 милливатт энергии. Таким образом, он требует гораздо меньше мощности чем любой современный микропроцессор, и при этом функционирует в «реальном биологическом времени». Чтобы дать более ясное представление о том, насколько мало энергии для работы нужно этому чипу, д-р Дхармендра Модха (Dharmendra S. Modha), почетный сотрудник и ведущий исследователь IBM, провел аналогию с емкостью батареи для слухового аппарата.

Как сообщает ресурс Engadget, данное достижение не только достойно обложки журнала Science, но и несет в себе огромный потенциал для того, чтобы радикально изменить традиционные подходы к вычислениям. На самом деле, новый чип SyNAPSE настолько несовместим с нынешней вычислительной архитектурой, что IBM пришлось разработать специальный язык программирования и учредить учебные программы для университетов, заказчиков, партнеров и сотрудников IBM. Не удивительно, что даже Агентство перспективных исследований министерства обороны США (DARPA) не поскупилось выделить $53 млн на финансирование проекта. Впрочем, эта сумма выделялась частями на протяжении последних 6 лет. Стоит отметить, что вместе со специалистами IBM над реализацией программы SyNAPSE работают исследователи университета Cornell Tech и сотрудники швейцарской компании iniLabs.

Создание компьютерного чипа SyNAPSE нового поколения – результат почти 10 лет тщательных исследований, включая разработку одноядерного прототипа в 2011 году, а также программной экосистемы с использованием нового языка программирования и симулятора чипа в 2013 году.

«IBM сделала первый существенный шаг в области разработки компьютеров, имитирующих деятельность человеческого мозга, создав радикально новую архитектуру с беспрецедентной масштабируемостью, непревзойденной мощностью и инновационным дизайном. Мы предвидим появление новых поколений информационных систем, которые дополнят имеющиеся разработки на базе архитектуры фон Неймана, и это станет возможным благодаря развивающейся экосистеме аппаратного, программного обеспечения и сервисов, – прокомментировал д-р Дхармендра Модха (Dharmendra S. Modha), почетный сотрудник и ведущий исследователь IBM. – Это достижение подтверждает ведущую роль IBM в процессе трансформации традиционных вычислений благодаря инвестициям в органическое инновационное развитие».

Новый чип является компонентом комплексной вертикально интегрированной экосистемы SyNAPSE, в которую входят симулятор чипа, нейробиологические данные, суперкомпьютерные вычисления, стандарты нейронных сетей, парадигма программирования, алгоритмы вычислений и приложения, а также модели прототипов. Экосистема поддерживает все аспекты программирования, включая дизайн, разработку, отладку и развертывание.

Компания IBM пока не делала публичных заявлений о партнерстве с другими технологическими компания для продвижения нового чипа SyNAPSE. Впрочем, можно с большой уверенностью утверждать, что переговоры на этот счет уже ведутся. На данном этапе IBM в состоянии создать программируемую и рабочую плату с 16 такими чипами, работающими рука об руку. В итоге получается 16 млн искусственных нейронов, способных обрабатывать инструкции, для обработки которых нужно привлечь «стеллажи и стеллажи обычных компьютеров». Опять же, для работы чипам SyNAPSE требуется очень мало энергии, что существенно снижает количество выделяемого тепла. Представить ряд сиюминутных выгод от чипов SyNAPSE несложно: к примеру, мобильные устройства, которые могут работать несколько дней без подзарядки и обрабатывать огромные объемы данных.

Господин Модха резюмирует значимость нового чипа IBM следующей аналогией: можно нести плату с процессорами SyNAPSE в своем рюкзаке или четыре стеллажа обычных компьютеров.

Источник: Engadget и IBM