Vědci se pokusí simulovat mozek, poslouží k tomu miliony procesorů

Projekt SpiNNaker chce simulovat část lidského mozku a prozkoumat chování většího počtu neuronů v rámci sítě. Bude k tomu potřeba milion procesorů ARM.
Vědci se pokusí simulovat mozek, poslouží k tomu miliony procesorů

„Není nemožné vytvořit lidský mozek, dokážeme to do deseti let.“ Tak se v roce 2009 vyjádřil Henry Markram, vedoucí projektu Blue Brain, který má za cíl simulovat biologické neurony a neuronovou síť pomocí softwaru Neuron.

Podobných projektů je na světě několik, včetně různých odnoží, které se specializují na různé části mozku a chování jeho menších sekcí. Svůj projekt má i vývojář procesoru s architekturou ARM, která je teď tou nejúspěšnější platformou na poli mobilních zařízení.

Masivně paralelní systém od tvůrce procesoru ARM

Steve Furber se od roku 1980 až do roku 1990 staral o vývoj a návrh 32bitových procesorů ARM ve společnosti Acorn. Poté se stal profesorem a věnoval se výzkumným projektům. Od roku 2003 se zabývá výpočetními systémy, které jsou založeny na biologických principech.

Jeho současným cílem je hardwarový systém, který by v reálném čase a v plné rychlosti pracoval jako umělá neuronová síť. Projekt nese název SpiNNaker. Steve Furber se s dalšími pomocníky snaží vytvořit masivně paralelní systém založený na úsporných procesorech ARM.

Klepněte pro větší obrázek

Platforma však nebude fungovat tak jako dnešní počítače. Systém by měl totiž být asynchronní a rozdělený na segmenty. Jedno výpočetní jádro procesoru ARM je schopné v určité konfiguraci velmi dobře simulovat přibližně tisíc neuronů. Se systémem, který by obsahoval celkem milion takových procesorových jader, by tak bylo možné simulovat s reálnou rychlostí miliardu neuronů.

Dle odhadů má lidský mozek přibližně 80 až 90 miliard neuronů, výsledkem by tak byla simulace pouze jednoho procenta mozku. I to by však stačilo na bližší zkoumání chování velkého počtu neuronů, které jsou vzájemně propojeny.

Komunikace mezi neurony probíhají v řádu milisekund, stejné rychlosti chce dosáhnout i umělá neuronová síť. Hlavním důvodem použití procesorů ARM je jejich nízká spotřeba a tím pádem i vysoká efektivita v poměru výkonu a spotřeby. Podle oficiálního dokumentu k tomuto projektu, ve kterém jsme našli i obrázky k tomuto článku, je schopno dvacet ARM jader poskytnout stejný výkon jako dnešní nejvýkonnější procesory. Přičemž celková spotřeba jader ARM je výrazně nižší a výkon za jeden watt tak mnohem lepší.

Odolný proti poškození

Každou sekundu v našem mozku odumírají neurony a nové vznikají. Přesto mozek pracuje stále stejně a poškozování nejsme schopni postřehnout. Na podobném systému je postaven i internet, který je tvořen miliardami počítačů po celém světě. Poškozením jednotlivých serverů nebude ohrožen celek, maximálně jedna menší část, přičemž komunikaci lze v případě potřeby přesměrovat přes jiné a funkční části.

Klepněte pro větší obrázek

Podobně bude fungovat i SpiNNaker. Jednotlivé části budou sice propojené, ale zároveň nezávislé a schopné poradit si s různými chybami v přenosu a s poškozením v určitém rozsahu. Systém nemá žádné hodiny, podle kterých by byly všechny části synchronizovány, místo toho jde o distribuovanou kontrolu a komunikaci v rámci kanálů.

Různé části tak mohou pracovat na jiné frekvenci, s jiným napětím a dalším nastavením, nezávisle na ostatních částech. Zde se opět kopíruje funkčnost mozku, který je také rozdělen nejen na hlavní dvě části (pravá a levá hemisféra), ale také na spousty dalších menších, které se specializují na konkrétní úlohy výpočtů. Jedná se například o zpracování obrazu, emocí, paměti, koordinace pohybů a svalstva, jazykové centrum a další.

NoC – Network On Chip

Tým, který má projekt SpiNNaker na starost, již navrhnul procesor se čtyřmi až osmi jádry ARM968E-S, které jsou zatím ve fázi simulace. To je však pouze začátek. Furber chce dosáhnout přibližně dvaceti jader na jednom kusu křemíku, přičemž jedno z dvaceti jader bude fungovat jako monitorovací a schopné komunikace s řídicími částmi. Ostatních devatenáct jader se bude starat o simulaci neuronů.

Klepněte pro větší obrázek

Všechna jádra mají sdílené prostředky, ke kterým mohou dle potřeby přistupovat – paměť, síťové rozhraní a další. Díky tomu může každý neuron velmi rychle vyslat signál do jiného neuronu v rámci celého systému, přibližně do jedné milisekundy, podobně jako u mozku.

Za deset let nás čeká odpověď

Vědci z IBM již dokázali částečně simulovat kočičí mozek. Ale pouze softwarově, tedy velmi nízkou rychlostí, která se nedá s reálným světem porovnat (100× až 1 000× pomaleji). Pro vysokou rychlost, která by se vyrovnala té reálné, je potřeba přenést logické funkce neuronové sítě přímo do hardwaru.

Dle všech indicií by se tak mělo stát přibližně v roce 2020, kdy budou k dispozici nejen nové technologie pamětí, ale i výkonné a úsporné čipy s mnoha jádry. Budou pravděpodobně fungovat na mnohem pokročilejších principech, než ty současné.

Podívejte se na zajímavou přednášku TED o lidském mozku (anglicky, se slovenskými titulky):

Vše se odvíjí od výkonu a efektivity, ale tyto hodnoty se stále zvyšují a to exponenciálně. Podle IBM budeme mít v roce 2020 výkon, který bude stačit na reálnou simulaci jednoho lidského mozku. S rostoucím rozvojem ale v roce 2030 zvládneme „simulovat“ tisíc takových mozků a za dalších deset let tedy přibližně milion. Otázkou je, jestli se ještě bude jednat o simulaci, nebo o nový druh inteligence.

Témata článku: Věda, Procesory, Výzkum, Mozek, Simulace, Nejvýkonnější procesor, Výpočetní jádro, Stejný výkon, Síťové rozhraní, Images, Proces, Arma, Nízká efektivita, Reálná rychlost, Su, Illusion, Lidský mozek, Reálný svět, Henry Markram, Současný cíl, Neuron, Celková spotřeba, Podobný projekt, Blue Brain, Vysoká efektivita