Уже достаточно давно было принято называть
микропроцессор "электронным мозгом" компьютера. А в настоящее время
этот термин стал еще намного ближе к его же значению. Руководство Ливерморской
Национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National
Laboratory, LLNL) заключило сделку, в рамках которой для нужд лаборатории будет
приобретена нейроморфная суперкомпьютерная вычислительная система,
разработанная специалистами IBM Research. Основой этой системы является
нейросинаптический процессор IBM TrueNorth и в составе ядра системы будут
работать 16 миллионов цифровых нейронов и 4 миллиарда синапсов, а потребляемая
нейроморфным ядром энергия будет равна всего 2.5 Ваттам.
Процессор TrueNorth использует принципы, кардинально
отличные от принципов, на которых строились компьютеры и вычислительные системы
за последние 70 лет. На кристалле этого процессора созданы электронные цифровые
аналоги нейронов и синапсов, а собственно чип можно рассматривать как какой-то
участок головного мозга. Согласно информации от компании IBM, это является не
первым случаем попытки создания подобной вычислительной системы, но в чипе
TrueNorth использованы все самые последние достижения в этой области, которые
позволяют избежать узких мест традиционной архитектуры Фон-Неймана и требуют
совершенно новых подходов к архитектуре вычислительных систем.
Технология, которая лежит в основе процессора TrueNorth,
изначально разрабатывалась для программы Управления перспективных
исследовательских программ Пентагона DARPA SyNAPSE (Systems of Neuromorphic
Adaptive Plastic Scalable Electronics). Она является масштабируемой и на ее
основе можно создавать вычислительные системы экза-уровня, системы,
производительность которых эквивалентна миллиардам миллиардов вычислительных операций
в секунду. Это в пятьдесят раз быстрее, нежели существующие суперкомпьютеры,
производительность которых находится на пета-уровне, при этом, габариты
нейроморфной системы гораздо меньше габаритов суперкомпьютера.
Вычислительная система, которая будет поставлена в
лабораторию LLNL, содержит 16 чипов TrueNorth, на кристалле каждого из которых
находится по 5.4 миллиарда транзисторов, соединенных так, что получается один
миллион цифровых нейронов и 256 миллионов синапсов. Для сравнения, в мозге
человека насчитывается 100 миллиардов нейронов, так, что пока о создании
полного электронного аналога мозга можно только задумываться.
Каждый процессор TrueNorth способен выполнять 46
гига-синаптических операций в секунду, потребляя всего 70 милливатт энергии при
напряжении питания 0.8 Вольта. А 16 процессоров с элементами архитектуры,
обеспечивающими совместную работу процессоров, потребляют энергию, сопоставимую
с уровнем потребления планшетного компьютера.
Эффективность работы нейроморфной системы достигается за
счет отсутствия некоторых ограничений традиционной архитектуры Фон-Неймана. К
примеру, в нейроморфной системе программные инструкции и данные могут проходить
через один и тот же маршрут, что принципиально невозможно в классических
системах. Кроме этого, некоторые части процессора TrueNorth подключаются только
в случае необходимости, что так же приводит к значительному снижению
энергопотребления.
Нейроморфная система TrueNorth будет использоваться в
рамках программы National Nuclear Security Administration's Advanced Simulation
and Computing (ASC), в которой, при помощи методов глубинного изучения будут
проводиться расчеты математических моделей из области кибербезопасности в
отношении систем ядерных вооружений и подземных ядерных испытаний.
Специалисты лаборатории LLNL получат не голую
нейроморфную систему из 16 чипов, в их распоряжение поступит целая
"экосистема", позволяющая аппаратной части системы подражать работе
головного мозга и снабдить систему функциями восприятия, познания и действий.
Эта система включает в себя различные эмуляторы, специализированный язык
программирования, интегрированную среду разработки, библиотеки алгоритмов и
средства интеграции нейроморфной системы с облачными вычислительными системами.
