SpiNNaker — мощный суперкомпьютер, имитирующий работу человеческого мозга

Сегодня ученые Манчестерского университета запустили самый большой в мире нейроморфный суперкомпьютер SpiNNaker, разработанный по принципу устройства человеческого мозга и оснащенный процессором с одним миллионом ядер.

Сегодня суперкомпьютеры используются для самого широкого спектра задач: от различных математических расчетов и обработки массивов данных до моделирования фармацевтических соединений и работы искусственного интеллекта. Однако при этом существуют компьютеры, нацеленные на максимально точное воспроизведение «архитектуры» головного мозга человека.

Суперкомпьютер SpiNNaker

Компьютер Spiking Neural Network Architecture (SpiNNaker) может выполнять более, чем 200 млн операций в секунду, а каждая из микросхем имеет 100 млн деталей. Проект поддерживается, в частности, Британским советом по научным исследованиям и физике (EPSRC), Европейским союзом и Европейским проектом «Проект мозга человека», целью которого является выявление принципов функционирования человеческого мозга. В нем также принимает участие ряд исследовательских центров и частных компаний. С самого начала, то есть с 2005 года, когда проект начинался, он координировался Манчестерским университетом, где суперкомпьютер физически расположен. Его прототип был запущен в 2009 году.

«SpiNNaker полностью меняет способ работы обычных компьютеров. По сути, мы создали машину, которая работает, скорее, как мозг, чем как традиционный компьютер, что чрезвычайно интересно. Конечной целью нашего проекта всегда было использование миллиарда ядер в одном компьютере, который моделировал бы работу мозга, и сегодня мы достигли этой цели. И это просто фантастика», — отметил один из идеологов проекта. 

SpiNNaker — это инновационная машина, состоящая из огромного количества параллельных компьютерных архитектур, вдохновленных базовой структурой и функцией человеческого мозга, которая сама по себе состоит из миллиардов простых вычислительных элементов, общающихся с помощью импульсов. Двигатель SpiNNaker — многоядерная вычислительная система. Он содержит до 1 036 800 ядер ARM9 и 7 ТБ ОЗУ. Это огромное количество ядер может моделировать один млрд биологических нейронов в реальном времени и выполнять 200 трлн операций в секунду, обмениваясь пакетами, переносимыми нестандартной структурой межсоединений. Пакеты небольшие (40 или 72 бит) и отправляются, как мы уже говорили, в параллельную архитектуру, то есть в разные места одновременно.

Зачем нужен SpiNNaker?

Работа над SpiNNaker заключается в том, чтобы помочь понять, как работает человеческий мозг, который, в свою очередь, будет поддерживать строительство роботов. Он также призван помочь в разработке новых, прорывных компьютерных архитектур, что приведет к значительному скачку с точки зрения энергоэффективности.

“Нейробиологи теперь могут использовать SpiNNaker для разгадки некоторых секретов работы человеческого мозга путем проведения беспрецедентных крупномасштабных симуляций. Кроме того, он работает как нейронный симулятор в реальном времени, что позволяет робототехникам создавать крупномасштабные нейронные сети для мобильных роботов, чтобы те могли двигаться и говорить”, — рассказал профессор университета Стив Фарбер.

SpiNNaker уникален, так как, в отличие от обычных компьютеров, он не передает большие объемы информации из пункта А в пункт Б посредством стандартной сети. Вместо этого он подражает архитектуре массивной параллельной коммуникации мозга, посылая миллиарды малых объемов информации в тысячи разных направлений одновременно.

Исследователи подчеркивают, что есть две цели проекта: открытие нового подхода в строительстве суперкомпьютеров — более энергоэффективное и более эффективное, чем существующие проекты, и создание исследовательского инструмента для компьютерных ученых и разработчиков роботов, а также как платформа для высокопроизводительной крупномасштабной обработки данных и моделирования нейронных сетей реального времени.