Цифровой мозг Манчестера

Зачем нам нужны суперкомпьютеры и какие перспективы открывают перед человечеством новые разработки в области компьютерного моделирования головного мозга?

В начале ноября пресс-служба Манчестерского университета объявила об успешном запуске крупнейшего в мире суперкомпьютера, нацеленного на цифровое моделирование архитектуры биологических нейронов.

Суперкомпьютер SpiNNaker, спроектированный и построенный на базе Школы компьютерных наук Университета Манчестера, был впервые запущен в пятницу, 2 ноября, и способен смоделировать в реальном времени больше биологических нейронов, чем любое другое подобное устройство на нашей планете.

По заявлениям разработчиков, специально созданный для этих целей процессор с 1 млн. ядер SpiNNaker («Spiking Neural Network Architecture») способен осуществлять более 200 миллиардов операций в секунду. Отмечается, что каждый из его микрочипов имеет 100 миллионов транзисторов, превосходя таким образом по своим вычислительным мощностям все имеющиеся в мире аналоги.

Уникальность реализованного проекта еще и в том, что при моделировании работы цифровых нейронов используются новые, специально разработанные для этих целей алгоритмы, которые основаны на имитировании параллельной коммуникационной структуры головного мозга человека. Осуществляется это путем массивной и одновременной отправки миллиардов небольших фрагментов информации (до 72 бит) в тысячи разных мест назначения. По сути, это является новым подходом в реализации работы искусственных нейронных сетей, работающих по принципу нервных клеток живого организма.

Автор идеи - профессор компьютерной инженерии Стив Фарбер говорит, что созданная машина больше похожа на мозг, чем на традиционный компьютер. По его словам, устройство даст возможность робототехнике создавать крупномасштабные нейронные сети для мобильных роботов, чтобы те могли двигаться и говорить.

➔    20 лет проектирования
➔    12 лет строительства
➔    15 млн. фунтов финансирования

Потенциальные вычислительные мощности созданного в Великобритании устройства в перспективе могут моделировать до 1 миллиарда биологических нейронов, что хоть и далеко до количества нейронов в головном мозге человека (их более 100 миллиардов), но в то же время делает находящийся в Манчестере суперкомпьютер SpiNNaker без преувеличения  наиболее приближенной  моделью человеческого мозга, когда-либо созданной людьми.

Не стоит недооценивать мощности «Манчестерского мозга», сравнивая его с мозгом человека, поскольку в режиме своей деятельности человеческий мозг одновременно не задействует все свои вычислительные ресурсы. Это иллюстрирует, как близко уже на самом деле человечество подошло к созданию думающих машин. Возможно, недалек тот час, когда мы утвердительно сможем ответить на вопрос Алана Тьюринга, сформулированный им в его фундаментальной работе в области искусственного интеллекта «Computing Machinery and Intelligence»: могут ли машины думать?

Но, вероятно, ответ мы узнаем еще не скоро - во всяком случае, наши исследователи ставят перед собой на данный момент менее амбициозные цели. Так что же теперь?
Помимо фундаментальных поисков, направленных на исследование механизмов функционирования человеческого мозга, ученые уже сейчас занимаются реализацией целого спектра прикладных задач.

Области применения столь мощного нейронного процессора поистине фантастические.
Даже относительно маломощные микропроцессоры, работающие на основе алгоритмов искусственных нейронных сетей, уже смогли совершить революцию в самых разных областях науки и техники. Компьютерное зрение, распознавание по голосу, беспилотные автомобили и летательные аппараты, машинный перевод и диагностика в здравоохранении - в основе этих и многих других технологий лежит описанный принцип.

Благодаря крупномасштабной динамической симуляции функционирования нейронных сетей в режиме реального времени в манчестерском суперкомпьютере была имитирована модель ряда сегментов коры головного мозга, состоящей более чем из 80.000 нейронов, которые отвечают за обработку информации, поступающей от органов чувств. Полученные данные были использованы для управления роботом SpOmnibot, разработанным в Мюнхенском техническом университете. Робот подключался к системе  SpiNNaker в режиме on-line и интерпретировал через нее поступающую от датчиков визуальную информацию, после чего осуществлял навигацию к заданным объектам, игнорируя другие.

Кроме этого, «Манчестерский мозг» направил свое внимание на медицину и смог смоделировать зону, называемую базальными ганглиями. Это область головного мозга человека, которая обычно затрагивается болезнью Паркинсона.  По мнению ученых, это говорит об огромном потенциале изобретения для неврологических прорывов в науке, таких, например, как фармацевтическое тестирование новых препаратов.

Проекты подобного рода, столь значимые как для фундаментальной науки, так и для прикладных исследований, безусловно, требуют спонсирования. Изначально проект финансировался Engineering and Physical Sciences Research Council, но на данный момент к поддержке проекта подключился и швейцарский Human Brain Project, координируемый Федеральной политехнической школой Лозанны.

В проекте Human Brain участвуют сотни ученых из 26 стран мира и 135 партнерских институтов. Перед исследователями стоит цель создать первую в мире модель мозга человека и грызунов. Human Brain Project является абсолютно беспрецедентным по своим масштабам и крупнейшим в истории изучения человеческого мозга. Его бюджет составляет порядка 1,24 млрд. фунтов, а срок финансирования рассчитан на 10 лет, до 2023 года. SpiNNaker имеет теперь все основания полагаться на деньги из Женевы.

Стоит отметить, что Европейский союз, который использует свыше 33% суперкомпьютерных ресурсов по всему миру, тоже активно вкладывает средства в создание перспективных разработок подобного типа. В октябре Совет ЕС поддержал Еврокомиссию в инвестировании 1 млрд. евро совместно с государствами-членами на европейскую суперкомпьютерную инфраструктуру. Но в связи с процессом «Брекзита» теперь едва ли можно рассчитывать на прямое финансирование со стороны ЕС.

Повлияет ли политическая турбулентность в Европе и Британии на ход дальнейших исследований и не замедлит ли она развитие столь перспективных научных проектов - узнаем уже в ближайшие годы.

Дмитрий Бурлуцкий

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *