Как Samsung планирует копировать мозг в полупроводниковые чипы

В конце сентября специалисты компании Samsung совместно с учеными Гарвардского университета представили концепт имитации человеческого мозга с помощью полупроводниковых чипов. В статье в журнале Nature говорится, что новый метод позволяет имитировать человеческий мозг и переносить его в полупроводниковые чипы. 

В будущем данная разработка позволит создать мозг для искусственного интеллекта. Подобный чип будущего позволит воспроизводить уникальные вычислительные характеристики — адаптацию к окружающей среде, легкость обучения, низкое энергопотребление, автономность и познание. Издание «Лента.ру» рассказало, зачем нужно копировать мозг и переносить его в физическую память, почему человеческий разум превосходит самый мощный компьютер и что мешает развитию искусственного интеллекта.

Что такое нейроморфные чипы?

Нейроморфные чипы отличаются от обычных способом работы с информацией. Процессоры такого типа обрабатывают данные примерно так же, как человеческий мозг реагирует на входящие данные — благодаря совместной работе миллиардов нейронов. Связи между нейронами постоянно меняются, реагируя на внешний раздражитель — таким образом происходит обучение. По словам специалистов, нейроморфные процессоры необходимы для создания полноценного искусственного интеллекта.

Теоретически возможно создать такой суперпроцессор, который был бы построен из имитирующих работу нейронов транзисторов. Для этого существует такая область, как нейроморфная инженерия, которая посвящена переносу и воспроизведению аналоговых вычислений человеческого мозга в виде цифрового решения.

Одним из самых ярких и успешных примеров в этой сфере является модульная система TrueNorth, созданная IBM по заказу DARPA в 2014 году. Она представляет из себя искусственную сеть, построенную на базе несколько процессоров. Система вмещает в себя 4,5 миллиарда транзисторов с 256 миллионами эмулируемых синапсов. Чтобы максимально точно скопировать принцип работы мозга, инженерам удалось создать энергоэффективную сеть. Так, если для функционирования процессора Intel необходимо около 140 ватт энергии, то TrueNorth потреблял лишь 70 милливатт.

Проблемы копирования мозга

Ключевой особенностью человеческого мозга является обработка и передача информации посредством химических соединений. Если нейронов миллиарды, то синаптических связей между ними на порядок больше. Поэтому скопировать так называемое человеческое мышление в чистом виде и перенести его в «цифру» пока что невозможно. По оценке инженеров Samsung, мозг состоит из ста миллиардов нейронов и еще большего количества синаптических связей, поэтому для его переноса в цифровой формат потребуется несколько триллионов единиц независимой памяти.

Процесс адаптации живого мозга в искусственном виде настолько сложный, что кроме информатики ученые обращаются к биологии, математике, электронной инженерии и физике.

Архитектура большинства современных компьютеров строится на концепции, которую еще в середине XX века разработал венгеро-американский математик Джон фон Нейман. Она описывает принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера. «Архитектура фон Неймана» строится на принципах однородности памяти, адресности и программного управления, однако в ней много «узких мест». По мнению специалиста по нейросетям Кэтрин Шуман, для изобретения настоящей нейроморфной системы нужно отойти от принципов фон Неймана и больше полагаться на нейробиологию.

Перед нейроинженерией стоят две фундаментальные задачи — создать механизм, который мог бы учиться по образу живого разума и раскрыть тайну работы человеческого мозга.

Благодаря эволюции человеческий мозг является практически идеально оптимизированной системой.

Во-первых, мозг полностью автономен от внешней среды, во-вторых, потребляет крайне мало энергии. Если для решения проблемы основанный на концепции фон Неймана компьютер многократно перегоняет информацию между различными компонентами, то мозг выделяет для конкретного процесса отдельную группу нейронов. По оценке нейробиологов, для работы мозгу требуется около 20 ватт энергии, что примерно вдвое меньше, чем нужно современному ноутбуку.

В-третьих, он чрезвычайно отказоустойчив, так как информация хранится в нескольких местах и в избыточном количестве.

В-четвертых, высокоорганизованный разум пластичен и способен обрабатывать несколько процессов одновременно. В отличие от машины, человек умеет быстро адаптироваться к новым условиям и решать проблемы нового типа.

Как искусственный мозг изменит нашу жизнь?

Если в будущем ученые смогут повторить структуру человеческого мозга на уровне микропроцессора, то в сегменте искусственного интеллекта произойдет революция. Находящиеся в портативных компьютерах, смартфонах, автомобилях, девайсах техники интернета вещей чипы будут на порядок умнее и сообразительнее. Возможно, машине не удастся скопировать разум и творческие возможности человека, но между человеческим мозгом и нейросетью окажется минимум отличий.

Используя лучшие качества мозга (а именно умение автономно и параллельно обрабатывать информацию), машина получит большую свободу в решении задач и более широкую амплитуду действий. Например, анализируя препятствие на дороге, беспилотный автомобиль сможет без обращения к серверам производителя обработать информацию и принять решение. Это ликвидирует задержку, которая возникает при общении автономного транспортного средства с удаленным центром.

Имеющие большую свободу гаджеты умного дома станут более самостоятельными и автономными. Качество локального анализа информации не будет уступать качеству обработки данных с помощью внешних систем. Машины будут экономичнее расходовать энергию, вероятность кибератаки снизится — все из-за того, что информация не будет выходить за пределы процессора условной умной розетки или робота-пылесоса.

Источник