Uue ajulaadse superarvuti eesmärk on sobitada inimaju mastaapi

2024. aasta aprillis võrku jõudev superarvuti konkureerib hinnangulise inimaju operatsioonide kiirusega, Austraalia teadlaste sõnul. Masin nimega DeepSouth on võimeline sooritama 228 triljonit toimingut sekundis.

See on maailma esimene superarvuti, mis suudab simuleerida neuronite ja sünapside võrgustikke (peamised bioloogilised struktuurid, mis moodustavad meie närvisüsteemi) inimaju mastaabis.

DeepSouth kuulub lähenemisviisi tuntud kui neuromorfne andmetöötlus, mille eesmärk on jäljendada inimese aju bioloogilisi protsesse. Seda juhitakse Lääne-Sydney ülikooli rahvusvahelisest neuromorfsete süsteemide keskusest.

Meie aju on kõige hämmastavam arvutusmasin, mida me teame. Selle levitades
Arvutusvõimsust miljarditele väikestele ühikutele (neuronitele), mis interakteeruvad triljonite ühenduste (sünapside) kaudu, võib aju konkureerida maailma võimsaimate superarvutitega, vajades samal ajal vaid sama võimsust, mida kasutab külmkapi lambipirn.

Vahepeal võtavad superarvutid üldiselt palju ruumi ja vajavad töötamiseks palju elektrienergiat. Maailma oma võimsaim superarvuti, Hewlett Packardi Enterprise Frontier, suudab sooritada veidi üle ühe kvintiljoni toimingu sekundis. See katab 680 ruutmeetrit (7,300 ruutjalga) ja vajab töötamiseks 22.7 megavatti.

Meie aju suudab teha sama arvu toiminguid sekundis vaid 20-vatise võimsusega, kaaludes vaid 1.3–1.4 kilogrammi. Muuhulgas on neuromorfse andmetöötluse eesmärk avada selle hämmastava tõhususe saladused.

Transistorid piirides

30. juunil 1945 matemaatik ja füüsik John von Neumann kirjeldas uue masina disaini Elektrooniline diskreetse muutujaga automaatne arvuti (Edvac). See määratles tõhusalt tänapäevase elektroonilise arvuti sellisena, nagu me seda teame.

Minu nutitelefon, sülearvuti, mida selle artikli kirjutamiseks kasutan, ja maailma võimsaim superarvuti jagavad kõik sama põhistruktuuri, mille tutvustas von Neumann peaaegu 80 aastat tagasi. Neil kõigil on erinevad töötlemis- ja mäluüksused, kus andmed ja juhised salvestatakse mällu ja arvutatakse protsessori poolt.

Aastakümnete jooksul kahekordistus mikrokiibil olevate transistoride arv ligikaudu iga kahe aasta järel, tähelepanek, mida tuntakse Moore'i seadusena. See võimaldas meil saada väiksemaid ja odavamaid arvuteid.

Transistoride suurused on aga nüüd lähenemas aatomi skaala. Nende pisikeste suuruste puhul on probleemiks liigne soojuse teke, nagu ka nähtus, mida nimetatakse kvanttunnelituseks, mis häirib transistoride tööd. See aeglustub ja lõpuks peatab transistori miniaturiseerimise.

Selle probleemi lahendamiseks uurivad teadlased uusi lähenemisviise
arvutustehnika, alustades võimsast arvutist, mille me kõik oma peas peitnud oleme, inimajust. Meie aju ei tööta John von Neumanni arvutimudeli järgi. Neil pole eraldi andmetöötlus- ja mälualasid.

Selle asemel ühendavad nad miljardeid närvirakke, mis edastavad teavet elektriliste impulsside kujul. Teavet saab edastada alates ühest neuronist teise läbi ristmiku, mida nimetatakse sünapsiks. Neuronite ja sünapside korraldus ajus on paindlik, skaleeritav ja tõhus.

Nii et ajus – ja erinevalt arvutist – juhivad mälu ja arvutusi samad neuronid ja sünapsid. Alates 1980. aastate lõpust on teadlased seda mudelit uurinud eesmärgiga importida see andmetöötlusse.

Imitatsioon of Life

Neuromorfsed arvutid põhinevad lihtsate elementaarsete protsessorite (mis toimivad nagu aju neuronid ja sünapsid) keerukatel võrkudel. Selle peamine eelis on see, et need masinad on oma olemuselt "paralleelsed".

See tähendab, et nagu neuronite ja sünapside puhul, võivad peaaegu kõik arvuti protsessorid töötada samaaegselt ja suhelda paralleelselt.

Lisaks, kuna üksikute neuronite ja sünapside poolt teostatavad arvutused on traditsiooniliste arvutitega võrreldes väga lihtsad, on energiatarve suurusjärgus väiksem. Kuigi mõnikord peetakse neuroneid töötlemisüksusteks ja sünapse mäluüksusteks, aitavad need kaasa nii töötlemisele kui ka salvestamisele. Teisisõnu, andmed asuvad juba seal, kus arvutus seda nõuab.

See kiirendab aju andmetöötlust üldiselt, kuna mälu ja protsessori vahel ei ole vahet, mis klassikalistes (von Neumann) masinates põhjustab aeglustumist. Kuid see väldib ka vajadust täita põhimälu komponendist andmetele juurdepääsu konkreetset ülesannet, nagu see juhtub tavalistes andmetöötlussüsteemides, ja see kulutab märkimisväärsel hulgal energiat.

Just kirjeldatud põhimõtted on DeepSouthi peamiseks inspiratsiooniks. See ei ole ainus praegu aktiivne neuromorfne süsteem. Tasub mainida Human Brain Project (HBP), mida rahastatakse an ELi algatus. HBP töötas aastatel 2013–2023 ja viis Saksamaal Heidelbergis asuva masina BrainScaleS-i, mis jäljendab neuronite ja sünapside tööd.

BrainScaleS võib simuleerida, kuidas neuronid "torkivad", kuidas elektriimpulss liigub mööda neuronit meie ajus. See muudaks BrainScaleS-i ideaalseks kandidaadiks kognitiivsete protsesside mehaanika ja tulevikus tõsiste neuroloogiliste ja neurodegeneratiivsete haiguste aluseks olevate mehhanismide uurimiseks.

Kuna need on loodud tegelikke aju jäljendama, võivad neuromorfsed arvutid olla pöördepunkti alguseks. Pakkudes jätkusuutlikku ja taskukohast arvutusvõimsust ning võimaldades teadlastel hinnata neuroloogiliste süsteemide mudeleid, on need ideaalne platvorm mitmesuguste rakenduste jaoks. Neil on potentsiaali edendada meie arusaamist ajust ja pakkuda uusi lähenemisviise tehisintellektile.

See artikkel avaldatakse uuesti Vestlus Creative Commonsi litsentsi all. Loe algse artikli.

Image Credit: Marian Anbu Juwan / Pixabay

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://singularityhub.com/2023/12/20/a-new-brain-like-supercomputer-aims-to-match-the-scale-of-the-human-brain/