IBM создали первый серийный нейроморфный микрочип

dI2cpo2nJs01

Устройство моделирует работу миллиона нейронов, соединенных 256 миллинами «синапсов».

В подразделении компании IBM по развитию когнитивных вычислений (SyNAPSE) разработали микрочип с архитектурой, имитирующей работу нейронных сетей. Описание устройства приводится на сайте компании, статья ученых опубликована в журнале Science.

Чип под названием TrueNorth относится к классу нейросинаптических, то есть состоит из большого числа программируемых «нейронов», – в данном устройстве их ровно миллион, и соединений между ними, «синапсов», – их в 256 раз больше. «Нейроны» и «синапсы» объединены в 4096 вычислительных ядер.

Каждое из ядер представляет собой отдельный узел обработки информации, работающий параллельно с остальными. Характерной особенностью чипа является то, что ядра работают не одновременно, а только по необходимости – при получении сигнала данным конкретным узлом. Кроме того, обработка информации на каждом отдельном ядре не обязательно завершается успехом: даже если часть ядер не выдает успешного результата, архитектура в целом продолжает работать.

Iva5xQvjUdo1

Архитектура SyNAPSE, по словам создателей, была вдохновлена строением коры мозга. Впрочем, пока нейробиологи даже не догадываются, как нероны кодируют информацию. Фото: IBM.

Благодаря тому, что узлы на чипе включаются на короткие промежутки времени, а не работают постоянно, как в традиционных процессорах, новый чип потребляет значительно меньше энергии. TrueNorth по этому показателю приближается к эффективности полноценного суперкомпьютера: один ватт позволяет провести от 46 до 400 миллиардов синаптических вычислений в секунду против 4.5 миллиардов вычислений с плавающей точкой в секунду на ватт у последних. Ранее, в августе 2011 года, компания IBM уже демонстрировала нейросинаптический чип собственной разработки. По сравнени с этим ранним прототипом, количество узлов чипа TrueNorth выросло на три порядка.

BpWX3qU4ysM1

Ранний прототип SyNAPSE 16. Фото:IBM

Традиционно большая часть микропроцессоров проектируется в рамках архитектуры Фон Неймана. Для нее характерно «бутылочное горлышко» обмена данными с памятью: ширина канала между памятью и процессором очень мала по сравнению с объемом самой памяти. Это приводит к тому, что даже с быстрым увеличением вычислительной мощности процессора эффективность всей системы растет медленно. Нейросинаптические чипы построены в рамках другой архитектуры и, благодаря сетевой структуре обмена информацией, позволяют масштабировать и наращивать вычислительную мощность, избегая образования узких мест.

Авторы разработки сравнивают традиционные микрочипы с левым полушарием мозга, занимающимся логической обработкой информации, тогда как нейросинаптические чипы больше напоминают правое полушарие – они «заточены» под обучение и обработку сложных систем, таких как видео или изображения. Функциональность нейросинаптических систем до сих пор обычно эмулировалась при помощи программных средств, что, тем не менее, позволяло использовать в сферах искусственного интеллекта, статистики и машинного обучения. Чипы нового поколения планируется также применять в сенсорах и устройствах обработки визуальной информации.