Новый чип IBM SyNAPSE открывает эру развития обширных нейронных сетей

Учёные из компании IBM представили первый нейросинаптический компьютерный чип, который достигает беспрецедентных масштабов в размере одного миллиона программируемых нейронов и 256 миллионов искусственных синапсов. Используя мощность 5,4 миллиардов транзисторов, этот полнофункциональный и первый в своем роде промышленный КМОП-чип потребляет всего 70 милливатт энергии, требует гораздо меньше мощности, чем любой современный микропроцессор, и функционирует в режиме реального времени. Новое решение, разработанное в сотрудничестве с университетом Cornell Tech, знаменует существенный рывок вперёд в области широкого развития использования когнитивных технологий.

Современные компьютеры не могут одновременно имитировать когнитивные способности человеческого мозга и при этом потреблять сравнительно небольшое количество энергии. С целью наделить вычислительные машины этой способностью, учёные из IBM создали нечто ранее не существовавшее – новую масштабируемую и эффективную компьютерную архитектуру, которая не соответствует принципам архитектуры фон Неймана, широко используемой разработчиками ещё с 1946 года.

Создание компьютерного чипа нового поколения – результат почти 10 лет тщательных исследований, включая разработку одноядерного прототипа в 2011 году, а также программной экосистемы с использованием нового языка программирования и симулятора чипа в 2013 году.

Новая когнитивная архитектура включает однокристальную двухмерную самоорганизующуюся mesh-сеть, состоящую из 4096 распределённых цифровых нейросинаптических ядер, каждый модуль которых интегрирован с коммуникационными, вычислительными модулями и модулями памяти. Архитектура также отличается особой отказоустойчивостью и производит вычисления параллельно на основе событий. Для обеспечения масштабирования соседние чипы могут быть мгновенно интегрированы между собой, что позволяет создать базу для будущих нейросинаптических суперкомпьютеров.

Начиная с 2008 года, проект финансируется Управлением перспективных исследований Министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA). Сумма инвестиций составила порядка $53 млн. Средства были направлены на финансирование Фазы 0, Фазы 1, Фазы 2 и Фазы 3 программы SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics), реализуемой в сотрудничестве с Cornell Tech и iniLabs, Ltd.

Чип был произведен по 28-нм технологическому процессу Samsung, который отличается высокой плотностью интегрированой памяти и низкой степенью утечки транзисторов.

«Это по-настоящему удивительное достижение – задействовать технологию, традиционно используемую при производстве коммерческих мобильных устройств, для создания чипа, который имитирует работу человеческого мозга и способен обрабатывать огромные массивы данных при крайне низких энергозатратах, – сказал Шон Хан (Shawn Han), вице-президент Foundry Marketing, Samsung Electronics. – Это большой архитектурный прорыв, который представляет огромную ценность для индустрии, активно развивающейся в направлении обработки больших данных и облачных вычислений. Мы рады, что IBM выбрала технологию Samsung для создания чипов нового поколения».

Компоненты чипа были созданы с использованием методологии асинхронного программирования, разработанной исследователями университета Cornell Tech и усовершенствованной совместно с учёными из IBM.

«Благодаря многолетнему сотрудничеству с компанией IBM мы существенно приблизились к созданию компьютера, имитирующего деятельность человеческого мозга», – прокомментировал профессор Раджит Манохар (Rajit Manohar), университет Cornell Tech.

Сочетание уникальной технологии разработки, методологии гибридного асинхронно-синхронного программирования и новой архитектуры привело к достижению плотности потока энергии в размере 20 милливатт на квадратный сантиметр, что практически в четыре раза меньше, чем соответствующие показатели современных микропроцессоров.

Новый чип является компонентом комплексной вертикально интегрированной экосистемы, в которую входят симулятор чипа, нейробиологические данные, суперкомпьютерные вычисления, стандарты нейронных сетей, парадигма программирования, алгоритмы вычислений и приложения, а также модели прототипов. Экосистема поддерживает все аспекты программирования, включая дизайн, разработку, отладку и развёртывание.

С целью сделать новое технологическое решение доступным широкому кругу потребителей, IBM разработала новые учебные программы для университетов, заказчиков, партнёров и сотрудников IBM.

Экосистема содействует дальнейшему сближению когнитивных вычислений и сенсорных данных посредством анализа и интеграции контекстно-зависимой информации в режиме реального времени, определяя её смысл в реальной среде. Экосистема подходит для решения проблем зрительного и слухового восприятия информации, многосенсорного синтеза, а также интеграции способностей человеческого мозга в цифровые устройства, ограниченные показателями мощности, объёма и скорости.

Корпорация IBM находится в процессе создания нейросинаптических суперкомпьютеров, объединяя большое количество чипов в рамках одной микросхемы и создавая системы, которые смогут достичь масштабов в размере 100 триллионов программируемых синапсов и более.

Учитывая возможности продемонстрированных ранее нейросинаптических ядер, IBM предвидит создание самообучающихся систем, которые адаптируются в условиях реального мира. В то время как современное аппаратное обеспечение создаётся с помощью стандартного КМОП-процесса, базовая архитектура должна использовать преимущества новейших модулей памяти, средств трёхмерной интеграции, логических инструментов и сенсорных технологий для того, чтобы потреблять ещё меньше энергии, занимать ещё меньше пространства и обеспечивать ещё большую скорость вычислений.

IBM.com/ru/ru

На данном сайте используются cookie для сбора информации технического характера и обрабатывается Ваш IP-адрес. Продолжая использовать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookies.