Neurony, synapse a tištěné spoje. HPE vyvíjí biologický počítač

Vývojáři pracují na novém typu čipu, který by fungoval jako inteligentní koprocesor. Inteligentní počítač, samostatně se rozhodující po vzoru člověka, se možná do budoucna objeví na produktové mapě firmy Hewlett Packard Enterprise – HPE.

Neurony, synapse a tištěné spoje. HPE vyvíjí biologický počítač


Firma se v poslední době chlubí prototypem počítače, navrženém k emulování způsobu, jakým mozek provádí své kalkulace. Je založen na nové architektuře, která by mohla v budoucnu zcela proměnit svět počítačových technologií.

Mozek si lze představit jako nesmírně výkonný a úsporný biologický superpočítač. Mozky sbírají obrovské množství dat z okolního prostředí: zrakové vjemy, zvuky, pachy, které zpracovávají bez jakýchkoli zádrhelů každý den; pokud bychom to měli přirovnat k výpočetní rychlosti, byla by nesrovnatelná s jakoukoli ze současných metod.

Cílem HPE je však vytvořit takové počítačové čipy, které by mohly počítat stejně rychle, a činit rozhodnutí na základě pravděpodobností a asociací, tedy podobně, jak pracuje i lidský mozek. Čipy použijí výukové modely a algoritmy, které povedou k přibližným výsledkům, použitelným v procesu rozhodování.

Ačkoli potrvá roky, než se takové čipy stanou komerčně dostupnými, HPE testuje svůj počítačový model, ne nepodobný mozku, skrze prototyp systému desek plošných spojů a paměťových čipů. Samotný počítač byl poprvé odhalen nedávno na Discover konferenci v Las Vegas, a je přímo vytvořený za účelem napodobování fungování neuronových spojů a synapsí v mozku.

Mozek obsahuje nervovou síť, tvořenou biliony spojů, kterým se říká synapse, aby mohl komunikovat. Přibližně 100 miliard neuronů pracuje paralelně, navazuje tato spojení a přenáší informace pomocí elektrických a chemických signálů. Vývojáři v HPE se aktivně snaží přenést tento paralelní princip mozkové aktivity i do světa tištěných spojů.

„Napodobujeme architekturu paralelních výpočtů pomocí memristorové technologie a specificky navržené architektury,“ popisuje Cat Gravesová, výzkumnice v Hewlett Packard Labs.

Memristor je nový typ úložiště a pamětí, který by do budoucna mohl notně napomoci vývoji umělé inteligence, a to tím, že jí pomůže porozumět datům a efektivněji je využít. Tím se liší od současných SSD a DRAM, která data pouze ukládají. Podobně jako u synapsí, možnosti učení a zachování informací u memristorových obvodů závisí na momentálních charakteristikách toku dat.

V mozku se data ukládají do specifických neuronů nebo buněk, a výpočty pro úkoly jako rozpoznávaní obrazových vjemů nebo jazyka se dějí právě v těchto buňkách. To je i konceptem, stojícím za novou počítačovou architekturou HPE. Tento proces hodlá napodobit v počítačové technologii.

„Má to potenciál být o mnoho energeticky úspornější, ušetřit spoustu času, snížit složitost výpočtů a nezatěžovat tolik bandwidth,“ pokračuje Gravesová.

V tradiční výpočetní technologii, jak ji známe dnes, data musí úložné „buňky“ opuštět kvůli procesu výpočtu přes procesor a paměti, což je plýtvání cennou energií. Architektura HPE pracuje s opakem – výpočty by se měly udát přímo v buňkách, kde jsou data uložena, podobně, jak je popsáno výše u fungování mozku. Pak se mezi těmito buňkami vytvoři spojení – opět, podobně, jako u synapsí v mozku. Jde o jednoduchou, ale efektivní nápodobu.

S takovou strukturou by kalkulace mohly probíhat paralelně, vysvětluje Gravesová. Kalkulace zvané „vektorové násobení matic“ leží v srdci algoritmů a aplikací, jakými jsou rozpoznávání mluvy, deep learning nebo třídení obrázků, pokračuje.

Výzkumníci z HPE vzali v laboratořích vyrobené memristory, naranžovali je do mřížkové struktury, a tu pak napojili na počítač zvaný Dot Product Engine. Vědci mohou měnit tvar a seskupení těchto mřížek přímo na místě, aby zjistili, které konfigurace fungují nejlépe pro konkrétní algoritmy.

Zatím se jim povedlo dosáhnout přes 8 000 kalkulací v jednom taktovacím cyklu v konkrétním memristorovém nastavení.

„V opravdovém čipu to bude rychlejší, protože všechen ten hardware, který zde máme na deskách, bude integrován přímo do čipu,“ říká Gravesová.

Nový čip však nemá nahradit součásné GPU nebo CPU. Jakýkoli typ výpočtu v neuromorfickém čipu je totiž stále jen přibližný, založený na pravděpodobnosti, a nemusí být zcela přesný.

„Není natolik přesný, jak je potřeba třeba u aplikací,“ popisuje. „Nechtěla bych, aby byl u mých bankovních transakcí použit přibližný matematický model.“

Čip však může fungovat jako koprocesor, který přenese, alespoň částečně, skutečnou inteligenci do takových úkonů, jako je již několikrát zmiňované rozpoznávání řeči.

Přístup HPE je odlišný od toho u společností typu Qualcomm, které preferují spíše softwarové řešení, nebo IBM, který zase spoléhá na různorodé architektury čipů.

Vývoj je zatím na úplném počátku, ale Gravesová se na budoucnost těší a předvídá inteligentní počítače, které data pracují zrovna tak, jako člověk. Potrvá to nějaký čas, ale určitě je to možné.

„Ačkoli ještě neznáme všechny odpovědi, pochytili jsme již pár užitečných postřehů,“ přitakává Gravesová.

Úvodní foto: Fotolia










Komentáře