В IBM зібрали чіп, що імітує роботу 1 млн нейронів і 256 млн міжнейронних сполук.
Більшість сучасних комп'ютерів засновані на архітектурі фон Неймана. Ще 1945 році Джон фон Нейман придумав схему процесу послідовної обробки даних, яка включає арифметико-логічний пристрій, що займається обробкою даних, пристрій управління, пам'ять і пристрої введення-виведення інформації. Арифметико-логічний пристрій виконує якусь операцію з даними і переходить до наступної операції, і чим швидше буде крутитися цей цикл, тим продуктивнішим буде комп'ютер. Частоту переходу від команди до команди визначає тактовий генератор, що видає електричні імпульси тієї чи іншої заданої частоти.
У архітектури фон Неймана є один відомий мінус, який полягає в тому, що і дані, і програми-інструкції, що описують те, що потрібно зробити з даними, знаходяться в одній і тій же пам'яті. І процесор або збирає дані з пам'яті, або маніпулює ними відповідно до команди. Одночасно підвантажувати нові дані і обробляти їх в рамках такої схеми не можна. Через це сучасним комп'ютерам, наскільки б швидкі вони не були, важко виконувати деякі завдання, наприклад, пов'язані з розпізнаванням зображень.
Намагаючись вийти за межі архітектури фон Неймана, фахівці з «електронних мізків» звернулися до мізків сьогодення. Як відомо, нервова система працює завдяки колосальній кількості нервових клітин, що утворюють контакти один з одним - синапси. Один і той же нейрон утворює зв'язки з багатьма іншими нейронами, враховує при передачі сигналів «думку» сусідів, бере участь відразу в декількох нейронних контурах, рве старі синапси, формує нові і т. д. і т. п. Кілька мільярдів нервових клітин ніби постійно «дихають», утворюючи, посилюючи, послаблюючи і розриваючи безліч сполук-синапсів. Обробляючи зображення, мозок працює паралельно, тобто різні нейрони займаються різними фрагментами картинки, замість того, щоб послідовно, піксель за пікселем, її прочитувати, як це робить процесор. Те ж саме стосується й інших завдань, не тільки візуальних.
Одна з успішних спроб втілення мозку в залізі зроблена в дослідницькій лабораторії IBM в рамках проекту SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics). Суть його зводиться до створення обчислювальних ядер з чистого аркуша, які змогли б імітувати роботу мозку. Кожне з них містить «синапс» (пам'ять), «тіло нейрона» (обчислювальний блок) і «аксон» (комунікаційний канал). Працюючи паралельно, великий масив таких ядер зможе забезпечити принципово нові можливості на зразок миттєвого розпізнавання складних зображень, виявлення зв'язків між об'єктами, прогнозування подій тощо.
Якщо описати завдання дуже грубо і з великою кількістю наближень і допущень, то суть її в тому, щоб створити надмногоядерний процесор, в якому кожне ядро буде працювати як нейрон. У статті Science Дхармендра Модха (Dharmendra S. Modha) і його колеги описують чіп TrueNorth, що складається з 4 000 ядер, у кожного з яких є 256 каналів введення і 256 каналів виведення інформації. Причому електричний сигнал залишає ядро тільки в тому випадку, якщо він перевищує якесь порогове значення - подібно до того, як це відбувається в живих нейронах. Загалом на виготовлення чіпа пішло 5,4 млрд транзисторів, які разом імітують 1 млн нервових клітин і 256 млн міжклітинних сполук. З'єднання ядер всередині чіпа, за словами авторів роботи, імітують нервові контури мозку. Комп'ютер з таким чіпом, наприклад, швидко і коректно відрізняє по фото просто людину від людини на велосипеді, а легкову машину від інших транспортних засобів. «Мізкоподібний» чіп виявився не тільки більш ефективним, ніж стандартні процесори, але і менше нагрівався при роботі.
Надалі конструктори збираються і далі починати свій процесор транзисторами, щоб зробити його ще більш схожим на мозок - нагадаємо, що на даному етапі він імітує роботу 1 млн нейронів, тоді як в мозку їх близько 100 млрд. До слова, робилися спроби симулювати роботу головного мозку за допомогою традиційних мікросхемних технологій, і наймасштабніша з таких спроб відтворювала 1,6 млрд нейронів і 8,87 трлн синапсів, що відповідає корі мозку кішки. Для цього знадобився суперкомп'ютер Blue Gene/P Dawn, що налічує 147 456 процесорів і 144 Тб основної пам'яті. Іншими словами, поки навіть найпотужнішим обчислювальним комплексам у світі не під силу відтворити той потенціал, який у нас заклала природа. Але, можливо, з появою «нейронних процесорів» ситуація почне змінюватися.
За матеріалами LceScience.