2 ноября исследователи Манчестерского университета запустили самый мощный суперкомпьютер, архитектура которого моделирует человеческий мозг. В нем работает миллион ядер ARM9, которые могут обрабатывать 200 триллионов операций в секунду. Компьютер проектировали 20 лет, и еще 10 лет собирали. Работы по конструированию начали в 2006 году, а всего на проект потратили £15 000 000.
Как он устроен
Главная сложность такого проекта — создать железо, которое может справиться со множеством параллельных процессов примерно так же, как это делает биологический мозг. Например, мозг человека состоит приблизительно из 100 млрд нейронов. Количество связей между этими нейронами — астрономическое. Исследователи планируют создать с помощью своего суперкомпьютера модель из одного миллиарда нейронов, которые будут обрабатываться в реальном времени. Несмотря на то, что это всего один процент от человеческого мозга — шаг для компьютерных наук огромный. Пока что ни один суперкомпьютер не мог справиться с такой задачей.
Основные решения в суперкомпьютере связаны с архитектурой железа. Она называется SpiNNaker (Spiking Neural Network Architecture). В ней миллион ядер разбит на 57 тысяч узлов. В каждом по 18 ядер и 128 мегабайт SDRAM памяти, которая размещена отдельно от матрицы с чипами. Между ядрами несколько способов передачи информации, но основной — пакетами по 5–9 килобайт.
Все узлы связаны в асинхронную инфраструктуру. Мобильные процессоры и память выбраны из соображений энергопотребления — в такой мощной системе это один из главных ресурсов, ради которого пришлось пожертвовать производительностью.
Как говорят исследователи, с задачей мог справиться и узел из 16 ядер, но количество увеличено для отказоустойчивости.
Принципы взаимодействия между процессорами опиралась на нейробилогию. В обычных компьютерах объем пересылаемых данных значительно выше, поскольку в них записана информация, как и куда система должна доставлять информацию.
В архитектуре SpiNNaker этого удалось избежать. Пакеты данных содержат только информацию об источнике, а инфраструктура пересылает их по назначению. Как объясняет издание Motherboard, такая инфраструктура, все равно что работа почты без почтовых отделений — у каждого есть личный почтальон, который сам знает, по какому адресу доставить посылку.
Стив Фурбер, профессор компьютерной инженерии и один из исследователей проекта говорит: «SpiNNaker полностью переизобретает способ работы компьютеров. Нам удалось создать машину, которая работает больше как мозг, нежели компьютер, и это просто невероятно».
Для чего будет использоваться
Сейчас компьютер будет применяться для академических и научных исследований. Например, ученые уже воссоздали участок коры головного мозга состоящий из 80 тысяч нейронов, которые отвечают за обработку сенсорной информации. Эта модель помогла роботу в реальном времени обрабатывать видеоинформацию, чтобы ориентироваться на сложной местности.
Также суперкомпьютер может моделировать базальные ганглии — участок мозга, который страдает при развитии болезни Паркинсона. Вполне вероятно, модель поможет нейробиологам продвинуться в борьбе с этим недугом.
Как добавил в своем заявлении Фурбер, «с помощью SpiNNaker ученые могут раскрыть многие секреты мозга, исследуя огромные по своим масштабам симуляции. Робототехники смогут создавать мощнейшие нейронные сети для мобильных роботов, чтобы они могли передвигаться, говорить, работать гибко и менее энергозатратно».
