IBM má nový procesor, funkcí napodobuje lidský mozek

Úterý 12. srpna 2014

Koncem minulého týdne firma IBM představila výsledky výzkumu a vývoje rychlého a energeticky velmi efektivního procesoru. Revoluční procesor se přitom liší od dosavadních procesorů, funkcí totiž napodobuje lidský mozek. Díky principu neuronů a synapsí dostal příznačné jméno SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics).

Procesor se skládá z programovatelných jednotek, které jsou velmi jednoduché a komunikují navzájem pomocí posílání jednoduchých zpráv. Díky tomuto decentralizovanému a asynchronnímu způsobu fungování má oproti standardním CPU diametrálně výhodnější poměr mezi výkonem a spotřebou, protože centrální taktování procesoru využívané v předešlých procesorech je energeticky neefektivní. Spotřeba nového procesoru na plochu je asi 10tisíckrát menší, přesně 20 mW na centimetr čtvereční.

První prototyp vyšel roku 2011 a jeho jedno jádro mělo 256 neuronů a 262 144 synapsí. Současný finální CMOS čip má 4096 těchto jader, což je více než milion neuronů. Mezi neurony existuje 256 milionů programovatelných synapsí, přičemž poměr výkonu ke spotřebě se udává teoretických 46 miliard synaptických operací za sekundu a 1 W energie. Běžně se spotřeba pohybuje okolo 70 mW při běžném chodu v reálném čase. Samsung nový čip vyrobil 28 nm technologií, má 5,4 miliardy tranzistorů a velký je asi jako poštovní známka.

Procesor nahrazuje 70 let starý princip

Princip dnešních počítačů vynalezený von Neumannem, kdy pracují procesory s externí pamětí, ke které mají přístup přes pomalou sběrnici, je starý 70 let. SyNAPSE jde ale jiným směrem, neurony stejně jako v mozku spolu se synapsemi informace nejen zpracovávají, ale také uchovávají. To procesor dokáže zrychlit a energeticky zefektivnit.

V každém jádru procesoru je obsažena jak výpočetní jednotka, tak komunikační systém pro komunikaci s dalšími jádry a paměť. Operace jsou řízené pomocí událostí a odolné vůči chybám některých částí, také jsou paralelizované. Na rozdíl od ostatních čipů, jednotlivé části běží jen v případě potřeby.

Další výhodou nového řešení je vynikající škálovatelnost. IBM spojením 16 procesorů vyrobilo počítač s 16 miliony neurony a čtyřmi miliardami synapsemi. Takto vybavený počítač je schopen v reálném čase analyzovat video s 30 snímky za sekundu, přitom spotřebuje neuvěřitelných 63 mW elektřiny. Demonstrováno to bylo na videu z průmyslové kamery, která pozorovala prostranství před Standfordskou univerzitou a v reálném čase hledala lidi, cyklisty, auta a náklaďáky. Přesnost měla 80 procent.

Plány s procesorem jsou ambiciózní

IBM by chtěla v budoucnu sestavit na tomto principu počítač s deseti miliardami neuronů a stem bilionů synapsí, objemem do dvou litrů a příkonem pouhý jeden kilowatt. Přesto ještě podobný počítač zdaleka nedosáhne parametrů lidského mozku. Ten je schopen se svými sty miliardami neuronů a sty biliony synapsí dosáhnout příkonu odhadem v řádu desítek wattů, objem je přitom 1,5 litru.

Počítače nového typu budou velmi výkonné při úlohách zpracování přirozeného jazyka, jako je překlad, převod hlasu na text a podobně. Výkonné budou při okamžitém rozhodování, při zpracování obrazu, ale i v dalších náročných úkolech nebo v úkolech umělé inteligence. Zkrátka tam, kde je ještě pořád výkonnější lidský mozek než počítač. Vývojáři IBM k tomuto úkolu také vyvíjí nové softwarové vybavení, aby umožnili efektivně využít tento hardware. IBM jako možnost využití uvádí také různé senzory analyzující okolí, také například chytré brýle nebo chytré bójky analyzující předpovědi velikosti vln.

Na neuronových sítích pracuje ve velkém už i Google nebo Microsoft. Na rozdíl od IBM ale neuronové sítě pouze softwarově simulují na počítačích běžné architektury. IBM tak dokáže jejich snahy zrychlit, může nabídnout stejně výkonné superpočítače s radikálně menší spotřebou i objemem.

Zdroje

VÁCLAVÍK, Lukáš. IBM vyvinulo procesor pracující jako mozek. Má milion neuronů a 256 milionů synapsí. cnews.cz [online]. 2014-08-08 [cit. 2014-08-12]. Dostupné z: [1]. ISSN 1804-9907.
redakce. Nový procesor od IBM funguje jako lidský mozek. itbiz.cz [online]. 2014-08-11 [cit. 2014-08-12]. Dostupné z: [2].