Нейрочип от IBM готов преобразить интернет вещей и робототехнику

Авторы научно-популярных статей пятидесятых годов прошлого столетия очень любили словосочетание «электронный мозг». Им обозначались тогдашние электронно-вычислительные машины, ламповые а потом и выполненные на дискретных транзисторах (звавшихся полупроводниковыми триодами). Теперь вспоминать про это смешно – процессор в смартфоне нынче в миллион раз мощнее машин, обсчитывавших ядерные бомбы, и порядка на три быстрее тех. Что вели лунные корабли. Однако к «мозгам» они не имеют никакого отношения… Точнее – не имели до 7 августа 2014 года.

В этот день произошло событие сравнимое разве что с поджариванием прачеловеческой обезьяной мяса добытой ей другой прачеловеческой обезьяны перед употреблением в пищу. Выигрыш в энергетике – получаешь мясную пищу, да кулинарный процесс позволяет ее легче усваивать – влекущий колоссальные эволюционные последствия. Ну а сейчас такое событие произошло в мире вычислительной техники, и те последствия, которые оно вызовет, трудно переоценить…

Речь идет о представлении компанией IBM своего когнитивного чипа TrueNorth с архитектурой SyNAPSE, событии абсолютно революционном в ИТ-мире и, похоже, превосходящем былые презентации IBM 650, первого массово производимого компьютера, IBM/360, ставшей стандартом мейнфреймов, и даже PC IBM, основоположника нынешних «классических персональных компьютеров», преобразивших всю глобальную экономику. Кристалл же TrueNorth имеет прекрасные шансы не только перекорежить весь рынок труда, но и даже преобразить представления о том, кто нынче на планете мыслящее существо…

Итак, что же такое этот самый TrueNorth? Прежде всего, это самый крупный кристалл из когда либо созданных «голубой мамой»; в нем содержится 5,4 миллиарда транзисторов. Такое количество полупроводниковых триодов понадобилось для того, чтобы разместить на кристалле 4096 нейросинаптических ядер. В них содержится один миллион полупроводниковых нейронов, которые могут соединяться между собой через сеть из 256 миллионов полупроводниковых синапсов. Производительность – 46 миллиардов синаптических операций в секунду. Ну а энергопотребление кристалла небывало мало – он потребляет всего лишь 70 милливатт…

Прогресс в области нейрочипов идет беспрецедентными темпами…

В области нейрочипов сейчас наблюдается прогресс беспрецедентных темпов. Если первый, созданный в 2011 году нейрокристалл имел единственное нейросинаптическое ядро, 256 программируемых нейронов и 262144 программируемых синапсов, то этим августом представлен кристалл с тысячами нейросинаптичских ядер, миллионом нейронов и сотнями миллионов синапсов. Три порядка за три года! Речь уже идет о моделировании триллиона синапсов с расходом на это четырех киловатт энергии, на треть больше пылесоса с аквафильтром…

Обеспечиваются эти характеристики энергопотребления тем, что в отличие от классических кристаллов, содержащих процессоры с архитектурой фон Неймана, нейрочип работает не все время, а только тогда, когда происходит запускающее вычислительные процессы событие. В остальное же время кристалл – а точнее процессы в нем – пребывают в дрёме, И энергии не потребляют. Именно в этом и состоит секрет «скромного аппетита» нового кристалла – сравним его хотя бы с потребностями прославленного cat detector…

Ну а тут 4096 нейросинаптических ядер, миллион программируемых нейронов и 256 миллионов программируемых синапсов довольствуются всего лишь 70 милливаттами. Но это не мешает их работе – каждый нейрон каждого из ядер может посылать сигнал к каждому нейрону из другого ядра. Ну а после этого сигнал по программируемым синапсам разбегается и по прочим нейронам в этом ядре, в соответствии с установленными или установившимися там весовыми коэффициентами.

В результате нейрокристалл получил поразительно подвижную архитектуру – гибко меняется количество задействованных в вычислительном процессе ядер. «Связи» каждого нейрона могут быть с легкостью переконфигурированы. Каждый синапс может быть активирован или дезактивирован в индивидуальном порядке. Спорадические сбои или же выход из строя некоторого количества нейронов и синапсов никак не повлияют на работу остальной системы, благодаря высокой степени параллелизма и выстраиванию «обходных путей».

Нейроны в новом нейрокристалле весьма коммуникабельны – на рисунке из Science показаны лишь 64 из 4096 нейросинаптических ядер.

Короче говоря, мы имеем реализацию нейросети на одном кристалле. А что же может эта сеть? В процессе тестирования решалась задача обработки видеосигнала. Из подававшейся записи нейрочип должен был выделять и распознавать образы автобусов, автомобилей и людей, движущихся в потоке уличного трафика, и определять их взаимное пространственное расположение. И как утверждают специалисты фирмы, с задачей этой кристалл справился успешно.

То есть задачи, для которых нужно было еще недавно большое количество серверов, набитых процессорами большой мощности, ныне решаема одним, весьма умеренным в аппетитах кристаллом. То есть не нужны дата-центры (которые назвали б раньше вычислительными центрами), с мощным энергопитанием и кондиционированным воздухом. Достаточно коробочки бортовой ЭВМ, с не слишком большой тепловой нагрузкой и не слишком прожорливой…

Ну а что это значит с точки зрения внедрения? Ну, прежде всего, возьмем беспилотные автомобили, о предстоящем внедрении которых в 2020 году «Компьютерра» писала десятки раз. Ну, сегодня это устройства, набитые локаторами на уровне линкора конца Второй мировой войны (ну утопленном в мае 1941 года «Бисмарке» радаров было только три штуки…). А тут появляется возможность или совсем, или в значительной степени избавиться от лидаров. Достаточно поставить несколько видеокамер (желательно и всепогодных, инфракрасных).

И при наличии однокристального нейропроцессора, способного обрабатывать видеоинформацию, сведения о взаимном расположении окружающих объектов будут извлекаться из обычной картинки, так как делает это белковый водитель. Но – лучше. Сколько там у водителя расстояние между зрачками, обеспечивающее стереоскопическое зрение – миллиметров семьдесят в лучшем случае… А видеокамеры легко можно разнести по габаритам транспортного средства… Что заодно обеспечит и круговое зрение. То есть появились аппаратные предпосылки к автоматизации одного из самых массовых занятий – водительского. Причем предпосылки вполне себе экономически обоснованные…

Дальше – еще одна очень массовая профессия, грузчик-упаковщик («Робот-грузчик как будущее промышленности«). Встречающееся всегда и везде занятие, которое кроме силовой, имеет и интеллектуальную составляющую. Правда, интеллектуальную составляющую выработанную не обучением, а дарованную природой. Способность различать предметы и определять их взаимное пространственное расположение. То, что сложно и дорого реализовывали классические компьютеры. Теперь же появится возможность дать роботам-грузчикам подобающие их ремеслу мозги по адекватной цене.

Пригодился бы нейрочип и роботу-уборщику (киберпылесос один из полезнейших механизмов, сразу за холодильником, стиральной машиной и СВЧ-печью…), позволив значительно повысить качество борьбы с пылью и грязью. (Немного манипуляторов – и он сможет поднимать лежащие на столе предметы, чтобы стереть пыль и отполировать дерево..). Рентабельное распознавание образов пригодится и охранным системам, и системам уличной слежки…

Одним из самых массовых применений неизбежно будет внедрение нейрокристаллов в смартфоны…

Одним из самых массовых применений неизбежно будет внедрение нейрокристаллов в смартфоны, которые превратятся в системы распознавания образов, будут помогать выбирать именно те яблоки, которые хороши для шарлотки. (Представляете, какой кошмар для торговца – массовое внедрение устройств, которые распознав вещь мгновенно скажут ее реальную цену и укажут все отмеченные предыдущими пользователями недостатки…)

Так что появление нейрокристаллов, которые пока хоть и не мыслят, но вполне могут радикально изменить рынок труда для мыслящих существ, событие действительно из важнейших для всего человечества!