IBM ma pierwszy procesor, który naśladuje ludzki mózg

Wczorajszy tekst na temat 70 rocznicy superkomputera wywołał krótką, aczkolwiek ostrą dyskusję w komentarzach. Mimo zaledwie dziesięciu komentarzy, większość komentujących zgodnie twierdziła, że komputer nigdy nie będzie mógł komunikować się samodzielnie z innymi maszynami, uczyć się, czy w końcu posiadać świadomość własnego istnienia. Śpieszę poinformować, że to już się dzieje, a dowodem jest super procesor, który został opracowany przez IBM.

Po 65 latach firma IBM jest bliska zrealizowania swojego największego marzenia. We współpracy z czterema uniwersytetami i i rządową agencją DARPA, naukowcy stworzyli prototyp eksperymentalnego procesora, który zdolny jest przetwarzać informację w taki sam sposób jak robi to ludzki mózg. Jeśli badania zakończą się sukcesem, nowy chip będzie w stanie symulować i naśladować takie zdolności naszego mózgu jak odczuwanie, postrzeganie i komunikacja. Według Dharmendra Modha, szefa projektu Synapse (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics), nowy rodzaj procesora to fundament nowej generacji komputerów, które korzystać będą z różnych kombinacji obliczeniowych, neurologii i nanotechnologii. Według niego obecne komputery to nic innego jak powiększone wersję kalkulatorów. Modha i jego zespół naukowców chcą stworzyć komputerowy mózg, który będzie mógł uczyć się tak samo jak ludzie.

Dharmendr Modha – szef zespołu badawczego

Nowy procesor może diametralnie zmienić dzisiejszy obraz informatyki, który rządzi erą informacji i zastąpi go czymś, co przypomina sztuczny mózg. Ideą projektu jest stworzenie komputerów, które będą lepiej radzić sobie z rozwiązywaniem problemów niż dzisiejsze maszyny. Nowy procesor IBM może także posłużyć do budowy lepszej wersji superkomputera Watson, który został mistrzem świata w teleturnieju Jeopardy na początku bieżącego roku.

Opisywana jednostka centralna (procesor) już w fazie wczesnych testów bardzo przypomina ludzki organ. Tak samo jak jego żywy odpowiednik posiada „neurony”, które odpowiedzialne są za obliczanie informacji. Posiada „synapsy”, które są podstawą w procesie uczenia się i zapamiętywania. W końcu ma też „aksony”, które służą do łączenia i przesyłania informacji z innych części procesora i urządzeń komputera.

Dzisiejsze komputery pracują w oparciu o architekturę opracowanej w roku 1940 przez von Neumana. Na jej podstawie procesor i pamięć są rozdzielone a wymiana informacji między nimi odbywa się za pomocą tzw. szyny FSB. Przez 65 lat system ten sprawdzał się doskonale. Komputery zdolne są do przesyłania coraz większej ilości danych adekwatnie do rosnącej mocy obliczeniowej procesora i pamięci. Niemniej jednak szybkość komputera często ograniczona jest przez szybkość wspomnianej szyny. Wielu naukowców widzi w niej największy problem i nazywa „wąskim gardłem Neumana”.

Komputer Watson w amerykańskim programie Jeopardy (polski odpowiednik 1 z 10)

Ludzki mózg pozbawiony jest takiej „szyny” – procesor i pamięć stanowią jedną całość. Mimo, że przesyłanie danych odbywa się z częstotliwością 10 Hz a czasami dużo wolniej, nasz narząd pod względem wydajności bije na głowę wszystkie procesory razem wzięte. Dzieje się tak dla tego, że jest on w stanie pracować równolegle wysyłając sygnały we wszystkich kierunkach wykorzystując do pracy wszystkie neurony jednocześnie. Ponieważ mózg ma ponad 10 miliardów neuronów i 10 bilionów synaps między neuronami w naszej głowie znajduje się komputer stworzony przez naturę o niewyobrażalnej mocy obliczeniowej. IBM właśnie pracuje nad stworzeniem sztucznego odpowiednika i procesów zachodzących w ludzkim mózgu.

Efekt wieloletnich badań i prac jest naprawdę imponujący. Zespołowi Modha udało się stworzyć chip, który zawiera 256 odpowiedników neuronów 65,536 synaps oraz 256 aksonów. Innymi słowy, udało się stworzyć blok procesora, który zawiera „jedynie” kilka milionów tranzystorów, podczas gdy najszybsze obecnie procesory składają się z kilku miliardów tranzystorów. Początkowo nowe jednostki centralne będą wykorzystywane do wspomagania obliczeń wykonywanych przez tradycyjne procesory tj. zadania matematyczne i obliczenia biznesowe. Nowe chipy nie będą programowane w tradycyjny sposób. Przyszłe komputery będą uczyć się przez doświadczenie, znajdowanie korelacji, tworzenie hipotez i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników.

Dwa prototypy procesorów zostały ukończone. Kolejnym etapem eksperymentu jest zbudowanie komputera. Jego celem ma być nie tylko analiza złożonych informacji z wielu źródeł napływających w tym samym czasie, ale również komunikacja ze środowiskiem, uczenie się na podstawie tego, co dzieje się w okół niego. Procesory IBM wykonane zostały w procesie technologicznym 45 nanometrów z wykorzystaniem układów krzemu i izolatorów półprzewodnikowych tlenku metalu. Mimo „nieziemskiego” zastosowania, ich proces produkcyjny nie za bardzo odbiega od tradycyjnych jednostek centralnych.

Wizualizacja komputerowego mózgu nad którym pracuje IBM

Celem ostatecznym IBM jest połączenie wszystkich rdzeni do pełnego zintegrowanego systemu sprzętu i oprogramowania. IBM chce stworzyć komputer składający się z 10 miliardów neuronów i 100 bilionów synaps. Po ukończeniu prac, kompletny system będzie zużywać 1 KW mocy i zaledwie 2 litry objętości (wielkość naszego mózgu). Dla porównania – obecnie najszybszy komputer IBM Blue Gene ma 147456 procesorów, ponad 144 TB pamięci i zajmuje ogromy klimatyzowany pokój zużywając przy tym więcej niż 2 MW energii.

Do czego zostanie przeznaczony nowy superkomputer IBM? Według Dharmendra Modha, komputer będzie mógł monitorować światowe zasoby wody poprzez sieć czujników, które rejestrują temperaturę, ciśnienie, wysokość fal, akustykę i przypływy oceanów. Będzie mógł być wykorzystany do ostrzeżeń przez tsunami i trzęsieniem ziemi. Znajdzie także zastosowanie w bardziej przyziemnych sprawach jak np. monitorowanie zapachu, tekstur i temperatury na sklepowych półkach, aby wykryć przeterminowane produkty. W końcu będzie w stanie analizować na bieżąco sytuację na skrzyżowaniach, które narażone są na wypadki drogowe. Wymienione czynności są zbyt trudne dla obecnych komputerów.

Projekt Synapsejest współfinansowany z budżetu organizacji DARPA i wynosi 21 milionów dolarów. W projekcie uczestniczy sześć laboratoriów IBM i cztery uniwersytety (Cornell University of Winsconsin, Universityof California , Columbia i Merced), a także wielu naukowców na garnuszku rządu. Chociaż projekt jest nowy, IBM prowadzi badania nad sztucznym mózgiem już od 1956 roku, efektem czego było stworzenie pierwszej na świecie (512 neuronów) symulacji mózgu.