ّ‌IBM و ساخت چیپی مشابه مغز انسان: ۴۰۹۶ هسته، یک میلیون نورون و ۵.۴ میلیارد ترانزیستور

محققین در IBM سرانجام موفق شده اند چیپی بسیار پیشرفته از نوع نیرومورفیک (neuromorphic) بسازند، چیپ های نیرومورفیک به چیپ هایی گفته می شود که تا حدودی بتوانند عملکرد محاسباتی نزدیک یا مشابه مغز انسان داشته باشند. چیپ مذکور TrueNorth نامگذاری شده است و دارای یک میلیون نورون و ۲۵۶ میلیون سیناپس قابل برنامه ریزی بوده و مجهز به ۴۰۹۶ هسته ی نوروسیناپتیک است.

طراحی آن بر مبنای معماری ۲۸ نانومتری پردازنده های سامسونگ بوده و در آن رقمی اعجاب انگیز یعنی ۵.۴ میلیارد ترانزیستور گنجانده شده است. این چیپ یکی از پیشرفته ترین چیپ هایی است که تا به امروز به دست انسان طراحی و ساخته شده، و نکته ی جالب آن وقتیست که بدانید در هنگامی که حداکثر توان آن مورد بهره برداری قرار بگیرد انرژی مورد نیازش تنها ۷۲ میلی وات خواهد بود و این یعنی ۴۰۰ میلیون محاسبه ی سیناپتیک به ازای هر وات، به زبان ساده تر IBM یک قدم بسیار بزرگ برای ساخت چیپی مشابه مغز انسان برداشته است.

همانطوری که قبلاً نیز این عبارت را شنیده اید مغز حیوانات (این تعریف کلی بوده و مغز انسان را نیز در بر می گیرد) تا به امروز پیچیده ترین کامپیوتری محسوب می گردند که در سطح کره ی خاکی رویت شده است. مغز انسان دارای سرعت کلاک یا پردازشی بوده است که بر مبنای هرتز اندازه گیری شده و حداکثر انرژی مصرفیش در حدود ۲۰ وات برآیند گردیده. یک چیپ سیلیکونی با فرض دارا بودن نورون های بیولوژیکی و سیناپسها در مقیاس مشابه نیازمند میلیون ها بار انرژی بیشتری است تا بتواند تسک هایی مشابه مغز انسان را به سرانجام برساند.

وقتی به شاخه هایی پیچیده تر از علوم کامپیوتر مانند هوش مصنوعی و یا تحلیل دیتا در سطح کلان وارد می شویم، یا به عبارت دیگر اموری که کمپانی IBM به شدت در آنها فعال است، داشتن چیپی با بهره وری مشابه مغز انسان کمکی بزرگ و یا تحولی بزرگ محسوب می گردد.

در ادامه ی مطلب با ما همراه شوید تا جزئیات بیشتری در مورد این دستاورد بزرگ کمپانی IBM را بخوانید.

چیپ TrueNorth حاصل پروژه ی تحقیقاتی ۶ ساله ای است که توسط IBM و با عنوان SyNAPSE پایه ریزی گردیده. قبلاً و از سال ۲۰۰۸ وزارت دفاع آمریکا نیز در تلاشی مشابه به تحقیق در این زمینه پرداخت، و به عنوان نتیجه در سال ۲۰۱۱نمونه ی اولیه ای از چیپی با ۲۵۶ نورون و یک زبان برنامه نویسی با عنوان کورلت را ارائه کرد.

چیپ جدید IBM را در اصل می توان نسل دوم و تکامل یافته ی نمونه ی اولیه ی وزارت دفاع دانست که بسیار پیچیده تر، کاربردی تر و بهینه تر شده است. TrueNorth توسط ترانزیستورهای استاندارد سیماس (CMOS) پیاده سازی و اجرایی شده است و از این نظر دقیقاً مشابه پردازنده ی کامپیوتر شما محسوب می شود، اما شباهت این چیپ با پردازنده ی کامپیوترهای خانگی در همین نقطه پایان می یابد.

هر چیپ TrueNorth دارای ۴۰۹۶ هسته ی نروسیناپتیک است که به صورت مربعی و در ۶۴ ردیف افقی و عمودی قرار گرفته اند. هر هسته دارای ۲۵۶ ورودی و ۲۵۶ خروجی و یک بانک بزرگ اس رم (SRAM) برای ذخیره سازی دیتا است. یک روتر برای هر نورون امکان ارسال داده به ۲۵۵ ورودی هسته های پیش رو را فراهم می آورد. طراحی مذکور توان محاسباتی بسیار بالایی را ارائه می دهد، و حجم گردش داده در این چیپ را به شکل حیرت اوری بالا می برد.

در اصل ما در حال صحبت در مورد چیپی با بالاترین توان پردازشی موازی هستیم و آنچه سبب پیچدگی مغز حیوانات نیز می شود توان انجام پردازش های موازی بسیار زیاد است. و البته نکته ی جالب تر اینجاست که بدانید این چیپ از قابلیت پردازش موازی در کنار چند چیپ مشابه خود نیز که در اصطلاح به آن symmetric multiprocessor می گویند هم پشتیبانی به عمل می آورد و IBM توانسته است با بهره گیری از این امکان، سیستمی مجهز به ۱۶ چیپ با ۱۶ میلیون نورون و ۴ میلیارد سیناپس پدید بیاورد.

TrueNorth چرا برای ما انسان های عادی دارای اهمیت است؟

به صورت کلی هدف اصلی از پروژه ی SyNAPSE که منجر به تولید چیپ مذکور شده است، تولید سیستمی بوده که بتواند مغز انسان را در قالب نرم افزار شبیه سازی نماید و بعد آن را بر روی سخت افزارهایی برای اجرای امور مختلف به کار گیرد. چنین پردازنده هایی در صورتی که روزی از نظر هزینه ی تولید مقرون به صرفه شوند، می توانند ابزارهایی مشابه تلفن هوشمند شما را دگرگون نمایند و معنای واقعی هوشمند را مفهوم بخشند. در شرایط یاد شده با اپلیکیشن هایی طرف خواهید بود که به صورت جدی با شما به تامل خواهند پرداخت، هر چند به نظر می رسد تا روزی که چنین پردازنده هایی بر روی کامپیوترهای ما سوار شوند یا در ابزارهای همراهمان حضور یابند فاصله ی بسیاری داشته باشیم.

IBM در حال حاضر پروژه های هوش مصنوعی بسیاری مانند واتسون را دارد که عملکرد آنها قابل توجه است، با توجه به نیاز انرژی مصرفی پایین TrueNorth به نظر می رسد IBM در آینده ی نزدیک و با تکیه بر توان پردازشی موازی این چیپ تحولات بزرگی را در این زمینه ایجاد نماید. و تولید ابر کامپیوترهای هشومند تر و دارای شبکه های عصبی پیچیده تر برای این غول تکنولوژی کاری آسان تر شود.