IBM TrueNorth: „mózg” w komputerowym czipie zwiastunem rewolucji w sztucznej inteligencji

IBM od lat przoduje w dziedzinie sieci neuronowych i ichsprzętowych implementacji – ale nowe osiągnięcie badaczy tejfirmy, zwieńczenie rozpoczętego w 2008 roku projektu SyNAPSE,stawia Wielkiego Błękitnego poza wszelką konkurencją. CzipTrueNorth jest najbardziej zaawansowanym układem neuromorficznym(„mózgopodobnym”) w dotychczasowej historii i obiecuje globalnąrewolucję w takich dziedzinach jak maszynowe rozpoznawanie obrazuczy mowy, samosterujące się maszyny czy nawet, jak niektórzytwierdzą, silne sztuczne inteligencje.

Specyfikacja czipu, który jest rozwinięciem czysto autorskiegoprototypu IBM-a z 2011 roku, budzi respekt. Zbudowany w fabieSamsunga, w procesie technologicznym 28 nm układ, zawiera 5,4 mldtranzystorów. Na ich bazie zrealizowano sieć składającą się zmiliona programowalnych neuronów i 256 mln programowalnych synaps,zgrupowanych w 4096 neurosynaptycznych rdzeni.

Każdy z tych 4096 rdzeni, ułożonych na kracie 64×64, jestcałkowicie niezależną jednostką, zawierającą 256 aksonów(wejść), 256 neuronów (wyjść), pamięć SRAM gromadzącą danedla każdego neuronu oraz router, który pozwala każdemu z neuronówna komunikowanie się z aksonami oddalonymi o nawet 255 rdzeni. Przeztę strukturę informacja przepływa jak przez mózg – w postacimodulowanych przez programowalne synapsy impulsów nerwowych, odaksonów do neuronów.

Wydajność energetyczna tego układu, w porównaniu domikroprocesora o zbliżonej liczbie tranzystorów, uruchamiającegosoftware'ową symulację sieci neuronowej, jest zaskakująco duża.TrueNorth zużywa pod maksymalnym obciążeniem – 400 mld operacjisynaptycznych na sekundę (SOPS) zaledwie 72 miliwaty energii, coczyni go 175 tysięcy razy efektywniejszym w takich zastosowaniach odstandardowych procesorów x86. Jak twierdzą badacze z IBM,osiągnięty wynik jest też 769 razy lepszy od najlepszych dziśdostępnych systemów neuromorficznych, 48-procesorowych maszyn,gdzie każdy procesor ma 18 rdzeni.

Jeśli komuś jeden TrueNorth nie wystarczy, może wykorzystaćczip w konfiguracji wieloprocesorowej – IBM już przedstawiłsystem, w którym wykorzystano 16 takich równolegle działającychczipów, zapewniając w ten sposób 16 mln programowalnych neuronówi 4 mld synaps. To wielki postęp w porównaniu do prototypu z 2011roku, który na płytce o porównywalnych rozmiarach przynosił 256neuronów i 262144 synapsy w jednym neurosynaptycznym rdzeniu.

Warto pamiętać, że TrueNorth nie pojawia się w próżni –choć na czipie nie uruchomimy żadnego klasycznego oprogramowania,to jednak IBM od kilku już lat rozwija software dla swoichneuromorficznych czipów. Deweloperzy mogą sięgnąć pospecjalistyczny język programowania Corelet i symulator czipówCompass, dzięki któremu można pisać i testować aplikacje dla„elektronicznych mózgów”.

IBM już przygotowuje się do wprowadzenia swojego czipuneurosynaptycznego na rynek. Posłużyć on ma zarówno wzastosowaniach związanych z przetwarzaniem ogromnej ilości danychna serwerach (w końcu to obecnie najpotężniejszy systemrównoległy), jak i wszędzie tam, gdzie sieci neuronowe pokazująswoją wyższość nad klasycznymi algorytmami – w rozpoznawaniuobrazu i dźwięku, nawigacji autonomicznych pojazdów czysamouczących się systemach eksperckich. Docelowo naukowcy z IBMwierzą, że łącząc architekturę neurosynaptyczną z klasycznąarchitekturą komputerową (taką, jak przedstawił John vonNeumann), będą mogli stworzyć prawdziwą holistyczną sztucznąinteligencję.

Z pierwszymi konsekwencjami osiągnięć IBM w tym zakresiezapewne spotkamy się jeszcze w tej dekadzie. Póki co, bardziejszczegółówe informacje o TrueNorth można znaleźć w sierpniowymwydaniu Science, w artykulept. A million spiking-neuron integrated circuit with a scalablecommunication network and interface.