TrueNorth - процессор от IBM, наполненный искусственными нейронами

Команда ученых из Корнельского университета и IBM Research разработали процессор TrueNorth, который моделирует поведение нейронной системы мозга.

В обычных вычислениях компьютер может ловко превзойти человеческий мозг. Но есть целый ряд задач, которые человеческий мозг, или компьютерная система, спроектированная действовать на тех же принципах, может сделать гораздо более точно, чем традиционный компьютер. Также есть некоторое поведение нейронов, как сознание, к которым компьютерные системы никогда не были близки.

Одной из причин является то, что обе архитектуры - и поведение нейронов, и транзисторов - радикально отличаются. Можно сделать программное нейроноподобное поведение, но несоответствие того, что лежит в основе, делает программное обеспечение относительно неэффективным.

Команда ученых из Корнельского университета и IBM Research объединились, чтобы вместе разработать чип, в корне отличающийся своей архитектурой от обычных процессоров: асинхронный набор тысяч вычислительных ядер, каждое из которых способно к неустойчивым пикам активности и сложным соединениям, что типично для поведения нейронов. При включении в нейронную систему, чип удивительно энергоэффективен. И исследователи говорят, что их архитектура может произвольно масштабироваться до больших размеров, в результате чего растут перспективы использования нейронного суперкомпьютера.

Компьютерные транзисторы работают в двоичной системе - они или включены или выключены, и их состояние может влиять только непосредственно на следующий транзистор, к которому они подключены. Нейроны работают не так. Они могут принимать сигналы от любого количества других нейронов через структуры, называемые дендритами, и могут посылать сигналы большому количеству других нейронов через структуры, называемые аксонами. И сигналы, которые они посылают, НЕ двоичные; вместо этого сигналы состоят из серии «пиковой» активности с информацией, содержащейся в частоте и периоде этих «пиков».

Хотя можно моделировать такое поведение на традиционном компьютере, исследователи, привлеченные к работе, утверждают, что есть фундаментальное несоответствие, ограничивающее эффективность. Соединение между нейронами, которые являются физической частью структуры вычислений в мозге, хранятся в оперативной памяти компьютерной модели мозга, что означает - процессор, когда хочет «увидеть», как будет вести себя смоделированный нейрон, должен ждать, пока получит информацию.

Новый процессор, который команда разработчиков назвала TrueNorth, берет радикально другой подход. Этот процессор имеет 5,4 миллиарда транзисторов, более 4000 отдельных ядер, каждое из которых содержит схему поведения набора нейронов. Каждое ядро имеет более 100 000 бит памяти, в которой хранится такое, как состояние нейрона, адреса нейронов, от которых получен сигнал и адреса нейронов, которым посылается сигнал. Память также сохраняет значение силы различных соединений - то, что было замечено у настоящих нейронов. Каждое ядро может получать ввод информации от 256 различных «нейронов» и может отправлять «пики» дальше 256-м.

Ядро также содержит аппаратные средства связи, необходимые для отправки информации к месту назначения. Поскольку весь чип организован в виде сетки нейронов, адресация простая - предоставить х и у координаты, чтобы добраться до верного ядра, а затем идентификатор нейрон, чтобы добраться нужного получателя. Ядра также содержат генераторы случайных чисел, чтобы моделировать несколько стохастических «пиков», как у настоящих нейронов.

В общем, TrueNorth имеет миллион программируемых нейронов, что позволяет им установить 256 миллионов соединений между собой. Все это действует неторопливо с частотой 1 кГц, но коммуникации происходят асинхронно, и любое ядро, которое не имеет ничего, прости «сидит без дела». Как результат, плотность мощности TrueNorth - 20 мВт на квадратный сантиметр (типичный современный процессора имеет более 50 Вт). Чип был изготовлен Samsung с использованием процесса 28nm.

OstanniPodii.com, переведено с Ars Technica