IBM SyNAPSE TrueNorth, creierul uman într-o pastilă de siliciu

Acum trei ani, IBM Research şi universitatea Cornell au prezentat primul prototip al procesorului Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics (SyNAPSE) şi interesanta arhitectură internă a acestuia care imită reţeaua neuronală a creierului uman. Îmbunătăţit şi eficientizat, procesorul SyNAPSE a evoluat, iar primul produs finit din această gamă este pregătit să intre în producţie: TrueNorth..

Cercetătorii în domeniul inteligenţei artificiale experimentează de foarte multă vreme cu soluţii software din ce în ce mai avansate, însă dezvoltatorii SyNAPSE consideră că abordarea acestei dificile probleme cu ajutorul sistemelor de calcul obişnuite este ineficientă. Dacă sistemele de calcul actuale oferă capacităţi brute de procesare care depăşesc limitele creierului uman, acestea sunt însă incapabile să imite eficient fineţea interconexiunilor neuronale care stau la baza gândirii independente şi a conştiinţei. Acolo unde procesoarele actuale dau greş, IBM Research şi Cornell afirmă că SyNAPSE străluceşte.

Noul procesor are 5,4 miliarde de tranzistori care sunt organizaţi în 4096 de nuclee, această structură fiind organizată logic într-un milion de neuroni artificiali şi 256 de milioane de sinapse. Fiecare dintre aceste nuclee are o capacitate de stocare de peste 100.000 de biţi şi un set de legături sinaptice cu nucleele adiacente, ceea ce-i permite să stocheze şi să proceseze informaţii în acelaşi spaţiu de memorie, să ţină minte neuronii de la care a primit sau către care a trimis date şi să aprecieze puterea interconexiunilor, la fel ca un creier uman.

Fiecare nucleu conţine şi hardware-ul necesar pentru adresarea unui neuron specific dintr-un alt nucleu, datele fiind generate în rafală şi fiind trimise prin reţeaua comună sinaptică din nod în nod până la destinaţie. Atunci când un nucleu nu are nimic de procesat, acesta se opreşte, iar acest mod de funcţionare asincron se reflectă şi în eficienţa energetică superioară.

Fabricat de către Samsung într-un proces tehnologic pe 28 de nanometri, procesorul SyNAPSE TrueNorth funcţionează la o frecvenţă de numai 1 KHz şi are un consum energetic infim de 70 mW. Aceste procesoare pot fi grupate la rândul lor în unităţi de procesare mai puternice, IBM afirmând că saltul tehnologic este copleşitor: un sistem care poate fi ţinut în palmă oferă puterea de procesare a unui rack întreg de sisteme de calcul tradiţionale, iar testele energetice comparative au arătat că SyNAPSE TrueNorth este de 176.000 de ori mai eficient decât un sistem de calcul standard şi de 7000 de ori mai eficient decât un hardware specializat actual.

Problema cea mai mare a noului procesor este oferta software săracă din acest moment. Implementarea hardware SyNAPSE a pornit de la fundamentul unei soluţii software numită Compass, iar toate aplicaţiile Compass sunt compatibile cu TrueNorth. Pentru a pune în valoarea acest procesor în toate domeniile posibile, IBM şi restul companiilor interesate vor trebui să dezvolte soluţii software mai complexe şi mai variate. Compania crede însă că momentul în care vom vedea implementări cu sute de mii de nuclee, sute de milioane de neuroni şi sute de miliarde de sinapse va sosi într-un viitor apropiat, iar acest lucru va revoluţiona întreaga industrie IT.