Ciekawostka Tygodnia - Procesor Neurosynaptyczny (2/3)
Wyobraź sobie komputer, który doradzi Ci w sprawach codziennych i pomoże podjąć dobrą decyzję. Smartfona, który przywróci wzrok niewidomym. Inteligentne pojazdy, które nie potrzebują kierowców. Drony, które same będą decydowały czy atakować, czy nie. Daleka przyszłość? Przeciwnie.
Tydzień temu zastanawialiśmy się nad tym, który procesor jest lepszy - biologiczny czy elektroniczny. Ciężko na to pytanie odpowiedzieć jednoznacznie o czym świadczy zaciekła dyskusja w komentarzach. Większość z Was była zdania, że procesor nie może działać tak jak mózg i że odczuwanie emocji przez maszynę jest niemożliwe. Inni z kolei twierdzili, że jest to możliwe, ale trzeba by było opracować tranzystory z innych materiałów - biologicznych, bardziej zbliżonych do tkanki człowieka. Co prawda wynalezienie takiego materiału to jest pewne rozwiązanie, ale jesteśmy jeszcze na zbyt niskim poziomie zaawansowania technologicznego, aby takie coś opracować. Na szczęście są także inne sposoby... I nie mówię tu o grafenie.
Może by tak po prostu zmienić architekturę procesora, a więc sposób jego działania...? Niewiele osób zdaje sobie sprawę z tego, że chipy mają praktycznie identyczną budowę od dokładnie 70 lat! Właśnie w 1945 roku von Neuman i Eckert opracowali pierwszy (i jak na razie jedyny powszechnie stosowany) rodzaj architektury komputera, którą dzisiaj znamy pod nazwą: architektura von Neumana. Wbrew pozorom, rozwój jest więc mizerny, a właściwe go nie ma. Już hejt w komentarzach: przecież wydajność wzrosła tryliardy razy a zapotrzebowanie na energię spadło! Zgadzam się. Tylko że to są wyłącznie zmiany ilościowe, a nie jakościowe. Coraz więcej coraz mniejszych tranzystorów od 70 lat? Słabo. A Intelowski cykl wydawniczy Tick-Tock wywołuje szyderczy i wredny uśmieszek - przynajmniej u mnie. Zero postępu.
Jak to działa? Najpierw system pobiera informacje z pamięci, potem wykonuje na nich zadane operacje, żeby na koniec z powrotem odesłać gotowy wynik do pamięci. Nie za dużo tych kroków? Do symulowania działania mózgu z pewnością.
Było już wiele prób softwareowej symulacji pracy mózgu na architekturze von Neumana. Symulacje się udają, tylko że nie całego mózgu i nie w czasie rzeczywistym. Największe tego typu przedsięwzięcie było przeprowadzone na superkomputerze Blue Gene w USA. Komputer symulował pracę 10% naszego głównego organu (około 10 miliardów neuronów) 1500 razy wolniej niż w rzeczywistości. Warto także zaznaczyć, że pobór mocy przy symulacji wynosił w przybliżeniu milion watów. Z proporcji można więc wyliczyć teoretyczną wartość poboru energii, gdyby odbyła się symulacja całego mózgu w normalnym tempie. Byłoby to kilkanaście miliardów watów prądu. Ludzki mózg na to samo zużywa 20 watów...
Firma IBM od 6 lat prowadzi badania nad zupełnie nową architekturą procesora. Są one finansowane przez wojskową organizację DARPA. Ich celem jest stworzenie procesora neurosynaptycznego - działającego analogicznie do mózgu i zupełnie inaczej od rozwiązania von Neumana. Efekty ich prac ujrzały światło dzienne w 2014 roku, kiedy to zaprezentowali chip o nazwie IBM TrueNorth. Ma on 5,4 miliarda tranzystorów, które tworzą w sumie milion sztucznych neuronów oraz 256 milionów synaps. Jego wydajność to 400 miliardów operacji synaptycznych na sekundę. Gdy weźmiemy pod uwagę pobór prądu (0,07 wata), okazuje się, że TrueNorth w symulowaniu mózgu jest 175 tysięcy razy efektywniejszy od najwydajniejszych zwykłych procesorów!
Rozwiązanie IBM ma 4096 rdzeni, a w każdym z nich pamięć oraz procesy kontroli, komunikacji i obliczeniowe są niejako zintegrowane. Dodatkowo każdy rdzeń może komunikować się z dowolnym innym. Twórcy opisują stworzoną architekturę jako: równoległą, elastyczną, skalowalną i modularną (możliwość łączenia dowolnej ilości chipów). Jest ona odporna na błędy i nie ma żadnego zegara. Tak jak w mózgu tylko niektóre obszary procesora są w danym momencie aktywne - pozostałe nie pobierają w ogóle prądu.
W 2015 roku możliwa jest więc symulacja 1 miliona neuronów w czasie rzeczywistym przy zużyciu prądu 0,07 W. Jest potencjał. O tym, co będzie w przyszłości, w jakim kierunku to wszystko dąży, jakie będą zastosowania oraz jakie powstaną zagrożenia dowiecie się w trzeciej, ostatniej części cyklu.