TrueNorth – процесор від IBM, наповнений штучними нейронами

Команда вчених з Корнельського університету та IBM Research розробили процесор TrueNorth, який моделює поведінку нейронної системи мозку.

У звичайних обчисленнях комп’ютер може спритно перевершити людський мозок. Але є цілий ряд задач, які людський мозок, або комп’ютерна система, спроектована діяти на тих же принципах, може зробити набагато більш точно, ніж традиційний комп’ютер. Також є деяка поведінка нейронів, як свідомість, до якої комп’ютерні системи ніколи не були близькі.

Однією з причин є те, що обидві архітектури – і поведінка нейронів, і транзисторів – радикально відрізняються. Можна зробити програмну нейроноподібну поведінку, але невідповідність того, що лежить в основі, робить програмне забезпечення відносно неефективним.

Команда вчених з Корнельського університету та IBM Research об’єдналися аби разом розробити чіп, який докорінно відрізняється своєю архітектурою від звичайних процесорів: асинхронний набір тисяч обчислювальних ядер, кожне з яких здатне до нестійких піків активності і складних сполук, що є типовим для нейронної поведінки. При включенні у нейронну систему, чіп на диво енергоефективний. І дослідники кажуть, що їх архітектура може довільно масштабуватися до великих розмірів, в результаті чого зростають перспективи використання нейронного суперкомп’ютера.

Комп’ютерні транзистори працюють у двійковій системі – вони або увімкненні, або вимкненні, і їх стан може впливати лише безпосередньо на наступний транзистор, до якого вони підключені. Нейрони не працюють таким чином. Вони можуть приймати сигнали від будь-якої кількості інших нейронів через структури, звані дендритами, і можуть посилати сигнали великій кількості інших нейронів через структури, звані аксонами. І сигнали, які вони посилають, не двійкові; замість цього сигнали складаються з серії «пікової» активності з інформацією, що міститься в частоті та періоді цих «піків».

Хоча можна моделювати таку поведінку на традиційному комп’ютері, дослідники, залучені до роботи, стверджують, що є фундаментальна невідповідність, яка обмежує ефективність. З’єднання між нейронами, які є фізичною частиною структури обчислень у мозку, зберігаються в оперативній пам’яті комп’ютерної моделі мозку, що означає – процесор, коли хоче «побачити», як буде поводитися змодельований нейрон, має чекати, поки отримає інформацію.

Новий процесор, який команда розробників назвала TrueNorth, бере радикально інший підхід. Цей процесор має 5,4 мільярди транзисторів, більше 4 000 окремих ядер, кожне з яких містить схему поводження набору нейронів. Кожне ядро має більше 100 000 біт пам’яті, в якій зберігається таке, як стан нейрона, адреси нейронів, від яких отримано сигнал і адреси нейронів, яким посилається сигнал. Пам'ять також зберігає значення сили різних сполук – те, що було помічено у справжніх нейронів. Кожне ядро може отримувати введення інформації від 256 різних «нейронів» і може відправляти «піки» далі 256-м.

Ядро також містить апаратні засоби зв'язку, необхідні для відправки інформації до місця призначення. Оскільки весь чіп організований у вигляді сітки нейронів, адресування просте – надати х та у координати, щоб дістатися до вірного ядра, а потім ідентифікатор нейрона, щоб дістатися вірного одержувача. Ядра також містять генератори випадкових чисел, щоб моделювати кілька стохастичних «піків», як у справжніх нейронів.

Загалом, TrueNorth має мільйон програмованих нейронів, що дозволяє їм встановити 256 мільйонів з’єднань між собою. Все це діє неквапливо з частотою 1 кГц, але комунікації відбуваються асинхронно, і будь-яке ядро, яке не має нічого, прости «сидить без діла». Як результат, щільність потужності TrueNorth – 20 мВт на квадратний сантиметр (типовий сучасний процесора має більше 50 Вт). Чіп був виготовлений Samsung з використанням процесу 28nm.

OstanniPodii.com, перекладено з Ars Technica