Nový procesor TrueNorth od IBM připomíná svojí strukturou a funkčností lidský mozek

Zprávu podobnou té následují jste proto už možná slyšeli vícekrát. Teď je ale situace v něčem opravdu jiná.

Výzkumné úsilí firmy IBM tentokrát vyústilo nejen do podoby pouhých testovacích prototypů či simulací. Nový procesor TrueNorth už vypadá jako dosti vyladěný produkt a cesta k podobným sériově vyráběným procesorům už zřejmě nebude dlouhá. Jeho vnitřní tzv. neurosynaptická architektura s možností smyslových výpočtů jej od všech dosavadních procesorů velmi odlišuje.
Ty jsou totiž většinou založeny buď na jednoduché sériové architektuře, nebo na architektuře s některými prvky souběžných výpočtů. Podoba procesoru TrueNorth je výsledkem dlouhodobého projektu Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics (SyNAPSE), ve kterém se vědci z IBM snaží už od roku 2008 vyvíjet systémy na bázi neuronových sítí. TrueNorth už měl v roce 2011 jednoho předchůdce, ale ten byl mnohem méně výkonný.

Struktura tohoto procesoru obsahuje prvky, které se podobají neuronům a synaptickým spojením lidského mozku. Z hardwarového hlediska procesor na ploše poštovní známky čítá pět a půl miliardy tranzistorů, dosavadní sériově vyráběné procesory jich měly maximálně jedna a půl miliardy. Špičkové sériově vyráběné procesory mají 8 výpočetních jader, tento jich má více než 4 tisíce. Tato výpočetní jádra jsou navíc přímo integrována s paměťovými prvky, což rychlost procesoru výrazně zvyšuje.

Tento systém je ale zároveň možné popsat úplně jinými jednotkami. Je ekvivalentní jednomu milionu programovatelných neuronů (na každé výpočetní jádro jich připadá asi 250), mezi kterými existuje 256 milionů dynamicky konfigurovatelných spojení. Pro srovnání - lidský mozek obsahuje asi 100 miliard neuronů a 150 bilionů synapsí.

Zajímavá je také neobvykle nízká spotřeba tohoto procesoru - zatímco dnešní běžné výkonné procesory mají spotřebu řádově několik desítek wattů, procesor TrueNorth spotřebuje asi tisíckrát méně energie - pouhých 70 miliwattů.

Podle odborníků také bude možné na bázi mnoha takových spolupracujících procesorů tvořit rozsáhlejší a výpočetně silnější systémy. IBM už vyzkoušela spolupráci 16 takových procesorů pohromadě. Neurosynaptické systémy pak budou 10krát až 100krát méně energeticky náročné než dnešní výkonnostně porovnatelné superpočítače, samozřejmě jen u jistého druhu úloh. Podle svědků byl jediný procesor TrueNorth při rozeznávání objektů asi 100krát rychlejší než výkonný notebook a ještě vícekrát energeticky úspornější. Důvodem je právě jeho paralelní a proměnlivá vnitřní architektura.

Procesor je totiž schopen vykonávat mnoho operací najednou, a dále také operativně měnit způsob propojení všech neuronů podle úlohy či procedury, kterou momentálně řeší. Mezi těmito úlohami bylo například rozeznávání objektů, orientace v prostoru a také předpovědi vln tsunami.

Procesor inspirující se neuronovými sítěmi tedy mj. nabízí nové možnosti pro řízení autonomních robotů v reálném čase, v nejbližší budoucnosti se to týká oblasti automaticky řízených aut bez řidiče. Tento procesor také umožní vytvářet systémy na bázi umělé inteligence, které se vejdou do mobilního telefonu či dokonce do malého senzoru.

Hodně času si ale vyžádá vývoj nového speciálního softwaru, se kterým takové procesory budou pracovat. Proto nelze čekat nasazení nového procesoru od IBM dříve než za několik let. Programovat takové systémy je totiž neobyčejně těžké.

Zdroje: MIT Technology Review, IEEE Spectrum, Domain-B, CNet, Phys.Org, TIME, Popular Mechanics, New York Times, Science Magazine, PC World, Leonardo - SyNAPSE, Forbes, ExtremeTech