SpiNNaker — первый в своем роде нейроморфный компьютер

Не так давно состоялся официальный запуск новой суперкомпьютерной вычислительной системы SpiNNaker, в состав которой входит один миллион вычислительных ядер. Но не количество процессоров и ядер является основным достоинством нового суперкомпьютера, разработанного и созданного специалистами Школы информатики Манчестерского университета. Главным во всем этом является то, что суперкомпьютер SpiNNaker (Spiking Neural Network Architecture) — это первый в своем роде нейроморфный суперкомпьютер, работа которого основана на принципах работы головного мозга. Нынешней вычислительной мощности, обеспечиваемой всеми процессорами, каждый из которых содержит приблизительно по 100 миллионов транзисторов, хватает для выполнения 200 миллионов миллионов нейроморфных операций в секунду, чего достаточно для моделирования одного миллиарда нейронов в режиме реального времени, гораздо больше, чем это может делать любой из самых мощных современных суперкомпьютеров.

Напомним нашим читателям, что биологические нейроны — это основной вид клеток нервных тканей, из которых состоит нервная система всех живых существ. Эти клетки могут обмениваться информацией, формируя импульсы электрохимической энергии и передавая эти импульсы по «мостам» между нейронами, так называемым синапсам. Нейроморфные вычислительные системы как раз и строятся на основе специализированных электронных схем (электронных нейронов), которые стараются максимально точно подражать работе их биологических прототипов. Суперкомпьютер SpiNNaker, кроме возможностей моделирования огромного количества нейронов, уникален еще своей параллельной коммуникационной архитектурой, которая позволяет одновременно передавать миллиарды небольших пакетов информации к тысячам разных узлов моделируемой нейронной сети.

Как уже упоминалось выше, суперкомпьютер SpiNNaker способен моделировать миллиард нейронов. Для сравнения укажем, что мозг маленького грызуна состоит из 100 миллионов нейронов, а мозг человека имеет еще в 1000 раз большее количество этих клеток, около 100 миллиардов нейронов, связанных друг с другом 1 квадрильоном (1 с 15 нулями) синапсов.

Ученые уже использовали суперкомпьютер SpiNNaker для моделирования относительно небольших областей головного мозга, отвечающих за обработку информации от внешних органов чувств и содержащих по 80 тысяч нейронов приблизительно. Более того, ученые уже произвели расчеты модели базальных ганглий (Basal Ganglia), области мозга, обычно поражаемой болезнью Паркинсона. А самым интересным с нашей точки зрения стал эксперимент с роботом SpOmnibot, который, опираясь на вычислительную мощность суперкомпьютера SpiNNaker, был способен воспринимать визуальную информацию и самостоятельно находить путь среди препятствий, перемещаясь к обозначенным объектам.

«Нейробиологи могут теперь использовать возможности суперкомпьютера SpiNNaker для решения загадок, связанных с особенностями работы головного мозга человека» — рассказывает профессор Стив Фербер (Steve Furber), — «Это стало возможным за счет расчетов больших нейроморфных моделей, которые не могут быть рассчитаны на традиционных компьютерах за приемлемое время. Робототехники также смогут проектировать и тестировать крупномасштабные искусственные нейронные сети, встраиваемые затем в мобильных роботов, которые смогут передвигаться, воспринимать информацию и даже разговаривать, затрачивая на все это небольшое количество энергии».