Создателей нейрокомпьютеров вдохновляют принципы функционирования головного мозга

Источник: Frances Chance/Janelia Farm Research Campus

Уменьшение размеров полупроводниковых транзисторов рано или поздно натолкнется на фундаментальные физические барьеры, в связи с чем индустрии ИТ приходится искать принципиально новые технологии построения компьютеров. В частности, инициативы в этой области с недавнего времени осуществляются в Национальной лаборатории Сандия, где ведут исследования в области компьютеров, которые могут стать реальностью через 10, 25 или даже 50 лет.

Один из проектов лаборатории — система, работающая подобно головному мозгу. По замыслу, это должен быть компьютер, способный осмысливать происходящее в режиме реального времени, расходуя при этом не больше 20 Вт. Единственная «машина», способная сегодня на такое, — мозг человека, но исследователи из Сандии надеются изменить это, создав «здравомыслящую» систему, способную замечать закономерности, справляться с неоднозначностями и принимать разумные решения.

«Современные компьютеры прекрасно подходят для ведения бухгалтерии и решения научных задач, зачастую описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных, но вот что касается здравого смысла, выявления новых принципов, преодоления неоднозначностей и принятия интеллектуальных решений, здесь им до совершенства еще очень далеко», — отметил руководитель направления когнитивных наук Национальной лаборатории Сандия Джон Вагнер.

«Мы пытаемся понять, какие преимущества сулит нам система такого рода и какие типы устройств и архитектур понадобятся для ее реализации, — сообщил исследователь микросистем лаборатории Сандия Мурат Окандан. — На обычной системе вы сможете выполнять только точные расчеты. Только точные расчеты, и больше ничего. Нейрокомпьютеры обращаются к истории или своей памяти, пытаясь выдавать прогнозы на основе хранящейся в ней информации. А это совершенно иная область».

Ожидается, что нейрокомпьютеры будут успешнее справляться с решением проблем Больших Данных. Они должны лучше проявить себя при создании автономных и полуавтономных систем, которым нужна гораздо более высокая вычислительная мощность и большая эффективность энергопотребления.

Компьютеры, функционирующие по принципу человеческого мозга, лучше управляют беспилотными летательными аппаратами, роботами и удаленными датчиками. Они идеально подходят для проведения сложного анализа.

«Системы эти смогут выявлять принципы и аномалии, чувствовать, какое решение подходит в данной ситуации, а какое — нет», — пояснил Окандан.

Нейрокомпьютеры по своему функционированию отличаются от современных компьютерных систем, представляющих собой вычислительные машины с процессором и памятью, в которой хранятся программы и данные. Сегодняшние машины за один процессорный цикл выбирают команду программы и данные из памяти для ее выполнения. Параллельные и многоядерные компьютеры одновременно выполняют более одной операции, но в них все равно используется тот же самый основополагающий подход.

Архитектура нейрокомпьютеров будет совершенно другой.

«Эти машины будущего должны объединить вычислительные ресурсы и ресурсы хранения в рамках единой сетевой архитектуры, так что одни и те же компоненты будут отвечать как за обработку, так и за хранение данных, а обработка данных будет осуществляться всеми узлами, функционирующими одновременно, — подчеркнул Вагнер. — О последовательном и пошаговом процессе речи здесь не идет. Вся сетевая обработка выполняется одновременно. Поэтому происходит это очень эффективно и очень быстро».

Для архитектуры нейронных компьютеров характерно наличие огромного числа рабочих соединений.

Каждый нейрон в нейронной структуре поддерживает соединения еще примерно с 10 тыс. нейронов. Транзисторы же обычного компьютера в статической структуре устанавливают соединения в среднем с четырьмя другими транзисторами.

В ближайшие годы исследователям из лаборатории Сандия предстоит создать простые формы новой архитектуры. На построение же более сложных систем уйдут десятки лет.

Ведут в лаборатории и исследования в области квантовых компьютеров, с помощью которых, как предполагают, можно будет быстрее, чем на лучших суперкомпьютерах, решать некоторые задачи, в особенности связанные с поиском информации по огромным массивам данных.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF