первое устройство работа которого отдаленно напоминала работу человеческого мозга название
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Как только наука поняла, как работает человеческий мозг, она постоянно хочет попытаться имитировать его работу. В принципе то передавай электрические сигналы по определенной логике — вот и работа мозга. Но конечно в действительности все не так, когда понимаешь, какие это масштабы и скорости.
Самый мощный на сегодня подобный нейроморфный суперкомпьютер недавно был впервые запущен. Он нацелен на максимально точное воспроизведение «архитектуры» головного мозга человека.
Называется этот компьютер Spiking Neural Network Architecture (SpiNNaker) и он может выполнять более, чем 200 миллионов операций в секунду, а каждая из микросхем имеет 100 миллионов деталей. Машина собрана на базе Школы компьютерных наук Манчестерского университета и на реализацию этого проекта было потрачено 15 миллионов фунтов стерлингов. Но эта сумма не так впечатляет, как время, ушедшее на разработку: 20 лет прорабатывалась концепция суперкомпьютера и еще 10 лет потребовалось на сборку.
Микросхема суперкомпьютера SpiNNaker
SpiNNaker может в реальном времени моделировать поведение человеческих нейронов и он уникален тем, что в отличие от традиционных компьютеров, он не передает большие объемы информации из точки А в точку Б, а рассылает данные единовременно в тысячи разных направлений. Именно так и работают клетки нашего головного мозга. Как заявил один из идеологов проекта, профессор вычислительной техники Стив Фурбер,
«SpiNNaker полностью меняет способ работы обычных компьютеров. По сути, мы создали машину, которая работает скорее как мозг, чем как традиционный компьютер, что чрезвычайно интересно. Конечной целью нашего проекта всегда было использование миллиарда ядер в одном компьютере, который моделировал бы работу мозга и сегодня мы достигли этой цели. И это просто фантастика.»
При этом стоит заметить, что даже невзирая на то, что «настоящий искусственный мозг» заработал, то количество ядер, которое в нем сейчас находится, моделирует мозг, который эквивалентен 1% от человеческого. Однако уже сейчас этот нейроморфный суперкомпьютер поможет понять то, как функционирует наша ЦНС, а также даст возможность проводить масштабные симуляции, недоступные на традиционных машинах.
Intel создала чип Loihi, имитирующий работу человеческого мозга
В последнее время Intel активно наращивала свои силы в сфере искусственного интеллекта, она скупала работающие в этой сфере компании и стартапы (Nervana, Mobileye и др.), расширяла портфолио интеллектуальной собственности. В результате, Intel разработала чип Loihi, имитирующий работу человеческого мозга.
Идея нейроморфных вычислений подразумевает, что чипы разрабатываются таким образом, чтобы имитировать архитектуру головного мозга человека, включая нейроны и синапсы. Такой подход подразумевает единение биологии, физики, математики, информатики и электронной техники с целью создания искусственных нейронных систем, имитирующих морфологию отдельных нейронов, цепей, способы применения и общую архитектуру.
Intel Loihi является подобным нейроморфным компьютерным чипом, который включает аналоги 130 тыс. нейронов и 130 млн синапсов. В процессоре реализована возможность полностью асинхронной обработки через многоядерную сетку, которая поддерживает широкий спектр рассеянных, иерархических и повторяющихся нейронных сетевых топологий с каждым нейроном, способным связываться с тысячами других нейронов. Каждое из этих нейроморфных ядер включает в себя «механизм обучения», который позволяет изменять параметры обучения ядра на ходу в соответствии с конкретными потребностями заданной рабочей нагрузки с помощью контролируемых, неконтролируемых, подкрепляющих и других обучающих парадигм.
Intel заявляет, что чип Loihi специально разработан для таких нагрузок, как разработка и тестирование нескольких алгоритмов с высокой алгоритмической эффективностью для следующих задач: планирование маршрута, ограничение соответствия, рассеянное шифрование, изучение словарей, динамическое моделирование и адаптация.
Устройство изготавливается по нормам 14-нанометрового технологического процесса на базе традиционных материалов.
Суперкомпьютер сымитировал 1 секунду работы мозга человека
Этот вычислительный монстр состоит из 82944-х восьмиядерных микропроцессоров и обладает мощностью до 10-ти петафлопс (1016 млрд операций в секунду). Для работы компьютеру необходим источник тока мощностью 9,89 МВт, что эквивалентно примерно 10-ти тыс средних дачных домов.
На суперкомпьютере группа японских и немецких ученых попыталась смоделировать деятельность человеческого мозга. Более 80 тыс процессоров «задумались» на 40 мин при попытке воссоздания нейронной активности продолжительностью в 1 с реального времени. Для имитации работы мозга «K Computer» пришлось связать 1,73 млрд виртуальных нервных клеток с 10,4 трлн виртуальных синапсов (частей нейронов, ответственных непосредственно за передачу нервного импульса).
По словам экспериментаторов, в их системе каждый синапс получил по 24 байта памяти, что позволяет говорить о математически точной имитации работы нейронной сети. Для «симулятора мозга» использовалось программное обеспечение «NEST» с открытым исходным кодом, причем выполнение этой операции потребовало 1-го петабайта оперативной памяти.
Смоделирована была не конкретная деятельность по решению задачи (сигнал передавался по синапсам случайным образом), а абстрактная нейронная сеть размером 1% от количества нейронов человеческого мозга.
Маркус Дисман из Института неврологии и медицины в Германии, подытоживает: «Итак, если мы знаем, на что способны машины вроде «K Computer», можно рассчитать, что вычислительные мощности, необходимые для имитации работы всего мозга, станут доступны примерно после 2020-го года».
Однако, по словам некоторых ученых, Маркус чересчур оптимистичен в своих прогнозах.
Электронный мозг. Белорусские ученые разработали технологию, благодаря которой можно создать компьютер, работающий по принципу человеческого мозга.
Недавно в Минске научно-технологический парк БНТУ “Политехник” презентовал проект первого отечественного компьютера с приставкой “нейро” (нерв). Если обычные компьютеры критикуют за их дотошную логичность, последовательность и творческую негибкость, то нейрокомпьютер, моделирующий совершенную систему нашего мозга, таких недостатков лишен. Это устройство способно мыслить нелинейно — почти по-человечески. Высокопроизводительная машина “Радимич” должна помочь в решении многих медицинских, научных, военных задач. Чтобы узнать подробности о разработке, корреспондент “НГ” встретился с руководителем проекта Михаилом ТАТУРОМ.
— Михаил, объясните, пожалуйста, что же такое нейрокомпьютер?
— У нас в стране существует достаточно большое количество научных школ и организаций, занимающихся нейронными сетями. Есть принцип вычислений, известный как искусственные нейронные сети и отдаленно напоминающий работу нервной системы живого организма. Как правило, нейронную сеть реализуют программно на обычном компьютере. Мы же нашли оригинальное аппаратное решение, причем эффективное и недорогое.
— И в чем преимущество технологии аппаратной реализации нейросетей?
— Допустим, у нас есть емкая интеллектуальная задача, которую необходимо решить быстро, за короткое время. Например, база данных в экспертно-криминалистическом центре насчитывает несколько миллионов файлов записей, а нам надо, скажем, по изображениям отпечатков пальцев или фотопортрету, или же геному идентифицировать личность человека и выбрать из базы соответствующий файл. Когда эта задача решается на обычном компьютере, мы последовательно просчитываем все варианты по всей базе. И если даже на решение одной задачи идентификации тратится миллисекунда, то в итоге “набегает” немалое время. А нейрокомпьютер может обрабатывать данные параллельно, а не последовательно, и решать подобную задачу в реальном времени.
— Но ведь и суперкомпьютер сможет справиться с такой работой.
— Да, похожие задачи вы решите и на машине вроде знаменитого СКИФа, только это будет очень дорого и экономически невыгодно. Наша разработка — это портативный сoпроцессор, который вы сможете подключить к обычному компьютеру по стандартному интерфейсу для решения специфических интеллектуальных задач. Такой нейропроцессор эмулирует работу 16—32 и более искусственных нейронов — нервных клеток.
— Где еще можно применять такой компьютер?
— В научных исследованиях, для решения таких “чувствительных” задач, как распознавание сигналов в радиоразведке. В медицине для постановки диагноза. Мы были недавно на конференции в Испании, в Саламанке, и выступили с докладом о наших результатах. Канадская команда предложила нам принять участие в европейской программе FP-7, вступить в консорциум, занимающийся медицинской тематикой.
— Почему назвали разработку “Радимич”?
— Радимичи — древние славянские племена, проживавшие на территории Беларуси. Название отражает суть: эта разработка — национальная, белорусская.
Каждый автомобилист видел надпись: “Ведется видеосъемка с автоматической регистрацией”. В этом устройстве есть интеллектуальный блок, который выделяет номер и распознает его, то есть решает задачи классификации. Этот блок весьма схож с нейрокомпьютером. Его создали в России. Беларусь закупает аппарат за очень большие деньги, но для нас он — “черный ящик”. Устареет — купим новый, еще дороже. Имея свою технологию, мы от этого уйдем и сможем совершенствовать систему сами. И создавать аналогичные.
— Я слышал, что вам нужно 180 тысяч долларов инвестиций.
— Себестоимость опытного образца нейрокомпьютера мы оцениваем приблизительно в 10 тысяч долларов и можем создать его в течение полугода. Но главное — внедрить его. А это стоит очень дорого. Мы продвигаем разработку во все возможные инстанции — в Госкомитет по науке и технологиям, в Министерство образования, военпром. Ведем переговоры. Наша технология уже переросла стадию инициативной разработки и должна развиваться с учетом требований заказчика, иначе это работа в корзину.
— По какому пути, на ваш взгляд, будут развиваться компьютерные технологии в дальнейшем?
— Это, скорее всего, биокомпьютеры. Представляете — когда вместо искусственных нейронов в процессоре будет использоваться кусочек живой ткани! Вживляемые в организм чипы придадут человеку дополнительные способности. Но нужно быть реалистами. Есть много актуальных прикладных разработок: графовый процессор, интеллектуальная система обработки видеоизображения, наконец, нейрокомпьютеры, которые готовы к внедрению. И у Беларуси есть все шансы оказаться в числе лидеров в области хайт-тек.
Михаил ТАТУР
Кандидат технических наук, доцент кафедры ЭВМ Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. Окончил Минское высшее инженерное зенитно-ракетное училище, служил в Вооруженных силах. Более 13 лет работает в БГУИР. В 2004 году выиграл грант From Research to Enterprise Центрально-Европейской инициативы и спустя год создал инновационное предприятие “Интеллектуальные процессоры”.
Несколько особенностей нейрокомпьютеров
Наноразмерное устройство, поведением напоминающее мозг
Под руководством исследователей из японского Национального института материаловедения (яп. 物質・材料研究機構) команда учёных создала экспериментальное устройство, демонстрирующее характеристики, напоминающие определённые формы поведения мозга: обучение, запоминание, забывание, бодрствование и сон. Результаты работы опубликованы в Scientific Reports.
«Это система между порядком и хаосом, на краю хаоса, — сказал Джеймс Гимзевский (James Gimzewski), почётный профессор химии и биохимии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles, UCLA), сотрудник Калифорнийского института наносистем (California NanoSystems Institute at UCLA) и соавтор исследования. — Устройство постоянно эволюционирует и двигается, и это очень похоже на человеческий мозг. Оно может продуцировать различные типы поведенческих паттернов, которые не повторяются».
Потенциально это исследование — один из первых шагов на пути к созданию вычислительных машин, физически и функционально подобных живому мозгу. Предполагается, что такие компьютеры смогут решать задачи, перед которыми пасуют современные системы. Считается, что энергетические затраты подобных мозгу компьютеров также будут значительно ниже, чем у существующих сейчас.
Устройство, с которым работает исследовательская группа, сделано из клубка серебряных нанопроволок средним диаметром 360 нанометров. Нанопроволоки покрыты изоляционным полимером толщиной около 1 нанометра. Устройство очень небольшое — около 10 квадратных миллиметров в горизонтальном сечении.
Нанопроволоки, случайным образом скомпонованные на кремниевой пластине, образовали сильно взаимосвязанные структуры, удивительно похожие на те, что формируют неокортекс, часть мозга, активно участвующую в таких формах деятельности, как восприятие и познание.
От обычных электронных схем нанопроволочную сеть отличает одна важная черта: проходящие через неё электроны вызывают изменения её конфигурации. В ходе исследования через устройство пускали электрический ток — и он вызывал миграцию атомов серебра, в т. ч. сквозь полимерное покрытие, и образование соединений между нанопроволоками. В системе было около 10 миллионом таких соединений. Учёные сочли их похожими на синапсы, места контакта друг с другом нервных клеток.
Пропуская ток через нанопроволочную сеть, исследователи наблюдали «эмерджентное поведение», то есть наличие у сети характеристик, которые нельзя было приписать отдельным составляющим её частям.
После того, как ток протекал по нанопроводам, связь между некоторыми из них сохранялась около минуты, что напоминало процесс обучения и запоминания в мозге. Другие соединения резко обрывались после отключения электричества — это напоминало процесс забывания.
При меньшем потреблении энергии сеть была менее активна, чем при большем. Это противопоставление исследователи уподобили, соответственно, сну и бодрствованию.
«Наш подход может быть полезен для создания новых типов аппаратных средств, которые будут одновременно энергоэффективными и способными обрабатывать сложные наборы данных, бросающие вызов пределам современных компьютеров», — сказал Адам Стиг (Adam Stieg), сотрудник Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и соавтор исследования.
«Миссия наших исследований — шире, чем просто перепрограммирование существующих компьютеров, — добавил Гимзевский. — Наше видение — это система, способная в конечном итоге решать задачи методом, более близким к тому, которым работает человек».