Jump to content

Когнитивный компьютер

Когнитивный компьютер — это компьютер, который объединяет алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения в интегральную схему , которая точно воспроизводит поведение человеческого мозга. [1] Обычно он использует нейроморфный инженерный подход. Синонимы включают нейроморфный чип и когнитивный чип . [2] [3]

В 2023 году экспериментальный чип NorthPole от IBM (оптимизированный для 2-, 4- и 8-битной точности) достиг выдающихся результатов в распознавании изображений . [4]

В 2013 году IBM разработала Watson — когнитивный компьютер, реализованный с использованием нейронных сетей и методов глубокого обучения . [5] В следующем году была разработана архитектура микрочипа TrueNorth 2014 года . [6] который спроектирован так, чтобы быть ближе по структуре к человеческому мозгу, чем архитектура фон Неймана, используемая в обычных компьютерах. [1] В 2017 году Intel также анонсировала свою версию когнитивного чипа Loihi, которую она намеревалась сделать доступной для университетов и исследовательских лабораторий в 2018 году. Intel (особенно со своими системами Pohoiki Beach и Springs) [7] [8] ), Qualcomm и другие постоянно совершенствуют нейроморфные процессоры.

Чип IBM TrueNorth

[ редактировать ]
Плата DARPA SynAPSE с 16 чипами TrueNorth

TrueNorth — нейроморфная КМОП интегральная схема , произведенная IBM в 2014 году. [9] Это многоядерная процессорная сеть на основе чипа с 4096 ядрами , каждое из которых имеет 256 программируемых моделируемых нейронов , что в общей сложности составляет чуть более миллиона нейронов. В свою очередь, каждый нейрон имеет 256 программируемых « синапсов », передающих сигналы между ними. Следовательно, общее количество программируемых синапсов составляет чуть более 268 миллионов (2 28 ). Базовое количество транзисторов составляет 5,4 миллиарда.

Подробности

[ редактировать ]

Память, вычисления и связь обрабатываются в каждом из 4096 нейросинаптических ядер. TrueNorth обходит узкое место архитектуры фон Неймана и очень энергоэффективен: IBM заявляет, что потребляемая мощность составляет 70 милливатт , а плотность мощности составляет 1/10 000-й. обычных микропроцессоров. [10] Чип SyNAPSE работает при более низких температурах и энергопотреблении, поскольку потребляет только энергию, необходимую для вычислений. [11] Скирмионы были предложены в качестве модели синапса на чипе. [12] [13]

Нейроны эмулируются с использованием модели Linear-Leak Integrate-and-Fire (LLIF), являющейся упрощением модели утечки « интеграция и запуск» . [14]

По заявлению IBM, у него нет часов , [15] работает с унарными числами и вычисляет, считая максимум до 19 бит. [6] [16] Ядра управляются событиями с использованием как синхронной, так и асинхронной логики и соединены между собой через асинхронную ячеистую сеть с коммутацией пакетов на кристалле (NOC). [16]

IBM разработала новую сеть для программирования и использования TrueNorth. Он включал в себя симулятор, новый язык программирования, интегрированную среду программирования и библиотеки. [15] Отсутствие обратной совместимости с любой предыдущей технологией (например, компиляторами C++) создает серьезные риски привязки к поставщику и другие неблагоприятные последствия, которые могут помешать ее коммерциализации в будущем. [15] [ не удалось пройти проверку ]

Исследовать

[ редактировать ]

В 2018 году кластер сети TrueNorth, подключенный к главному компьютеру, использовался в исследовании стереозрения, в ходе которого была предпринята попытка извлечь глубину быстро движущихся объектов на сцене. [17]

Чип IBM NorthPole

[ редактировать ]

В 2023 году IBM выпустила свой чип NorthPole, который является доказательством концепции значительного повышения производительности за счет объединения вычислений с встроенной памятью, что устраняет узкое место фон Неймана . Он сочетает в себе подходы системы TrueNorth от IBM 2014 года с современными аппаратными разработками для достижения скорости примерно в 4000 раз выше, чем TrueNorth. Он может выполнять ResNet-50 или Yolo-v4 задачи распознавания изображений примерно в 22 раза быстрее, потребляя в 25 раз меньше энергии и в 5 раз меньше места по сравнению с графическими процессорами , которые используют тот же 12-нм техпроцесс , с которым он был изготовлен. Он включает в себя 224 МБ ОЗУ и 256 ядер процессора и может выполнять 2048 операций на ядро ​​за цикл с 8-битной точностью и 8192 операции с 2-битной точностью. Он работает на частоте от 25 до 425 МГц . [4] [18] [19] [20] Это чип вывода, но он пока не может обрабатывать GPT-4.

Длинный чип Intel

[ редактировать ]

Литл-Спрингс

[ редактировать ]

Pohoiki Springs — это система, включающая в себя самообучающийся нейроморфный чип Intel под названием Loihi, представленный в 2017 году и, возможно, названный в честь гавайской подводной горы Лоихи . Intel утверждает, что Loihi примерно в 1000 раз более энергоэффективен, чем вычислительные системы общего назначения, используемые для обучения нейронных сетей. Теоретически Loihi поддерживает как обучение машинному обучению, так и логический вывод на одном и том же кристалле независимо от облачного соединения и более эффективно, чем сверточные нейронные сети или глубокого обучения нейронные сети . Intel указывает на систему мониторинга сердцебиения человека, снятия показаний после таких событий, как упражнения или прием пищи, и использования чипа для нормализации данных и определения «нормального» сердцебиения. Затем он может обнаружить отклонения и справиться с новыми событиями или условиями.

Первая версия чипа была изготовлена ​​с использованием 14-нм производственного процесса Intel и содержит 128 кластеров по 1024 искусственных нейрона каждый, что в общей сложности составляет 131 072 моделируемых нейрона. [21] Это обеспечивает около 130 миллионов синапсов синапсов человеческого мозга , что намного меньше, чем 800 триллионов от IBM , и уступает TrueNorth . [22] Loihi доступен для исследовательских целей более чем 40 академическим исследовательским группам в форм-факторе USB . [23] [24]

В октябре 2019 года исследователи из Университета Рутгерса опубликовали исследовательскую работу, демонстрирующую энергоэффективность Intel Loihi при решении задач одновременной локализации и картографии . [25]

В марте 2020 года Intel и Корнельский университет опубликовали исследовательскую работу, демонстрирующую способность Intel Loihi распознавать различные опасные материалы , что в конечном итоге может помочь «диагностировать болезни, обнаруживать оружие и взрывчатые вещества , находить наркотики и обнаруживать признаки дыма и угарного газа». ". [26]

Хала Пойнт

[ редактировать ]

Intel Loihi 2 под названием Pohoiki был выпущен в сентябре 2021 года с 64 ядрами. [27] Он может похвастаться более высокими скоростями, более высокой пропускной способностью межчиповой связи для улучшенной масштабируемости, увеличенной емкостью каждого чипа, более компактным размером благодаря масштабированию процесса и улучшенной программируемостью. [28]

В 2024 году Intel заявила, что Hala Point — крупнейшая в мире нейроморфная система. Он использует чипы Loihi 2. Утверждается, что он обеспечивает в 10 раз большую емкость нейронов и до 12 раз более высокую производительность.

Hala Point обеспечивает до 20 квадриллионов операций в секунду (20 петаопсов) с эффективностью, превышающей 15 триллионов (8-битных) операций. -1 В -1 на обычных глубоких нейронных сетях. Это конкурирует с уровнями, достигаемыми архитектурами графических/процессорных процессоров. Hala Point размещает 1152 процессора Loihi 2, произведенных на технологическом узле Intel 3, в шестистоечном шасси. Система поддерживает до 1,15 миллиарда нейронов и 128 миллиардов синапсов, распределенных по 140 544 ядрам нейроморфной обработки, потребляя 2600 Вт мощности. Он включает более 2300 встроенных процессоров x86 для вспомогательных вычислений.

Hala Point объединяет каналы обработки, памяти и связи в массивно-параллельную структуру, обеспечивая 16 ПБ S. -1 пропускная способность памяти, 3,5 ПБ S -1 пропускной способности межъядерной связи и 5 ТБ S -1 межчиповой пропускной способности.

Система может обрабатывать свои 1,15 миллиарда нейронов в 20 раз быстрее, чем человеческий мозг. Емкость его нейронов примерно эквивалентна мозгу совы или коре головного мозга обезьяны-капуцина.

Системы на базе Loihi могут выполнять логические выводы и оптимизацию, используя в 100 раз меньше энергии и со скоростью в 50 раз быстрее, чем архитектуры CPU/GPU.

Спинакер

[ редактировать ]

SpiNNaker (Spiking Neural Network Architecture) — это с массовым параллелизмом , многоядерная суперкомпьютерная архитектура разработанная исследовательской группой передовых процессорных технологий на факультете компьютерных наук Манчестерского университета . [29]

Критики утверждают, что компьютер размером с комнату – как в случае с IBM Watson – не является жизнеспособной альтернативой трехфунтовому человеческому мозгу. [30] Некоторые также отмечают, что одной системе сложно объединить так много элементов, таких как разрозненные источники информации, а также вычислительные ресурсы. [31]

В 2021 году The New York Times опубликовала статью Стива Лора «Что случилось с IBM Watson?». [32] Он писал о некоторых дорогостоящих сбоях IBM Watson. Один из них, проект, связанный с раком, под названием «Эксперт-советник по онкологии», [33] от него отказались в 2016 году из-за дорогостоящей неудачи. Во время сотрудничества Watson не могла использовать данные пациентов. Уотсон изо всех сил пытался расшифровать записи врачей и истории болезни пациентов.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б Уитчеллс, Клинт (ноябрь 2014 г.). «Компьютер, который думает». Новый учёный . 224 (2994): 28–29. Бибкод : 2014NewSc.224...28W . дои : 10.1016/S0262-4079(14)62145-X .
  2. ^ Со, Джэ Сон; Бреццо, Бернар; Лю, Юн; Паркер, Бенджамин Д.; Эссер, Стивен К.; Монтой, Роберт К.; Раджендран, Бипин; Тьерно, Хосе А.; Чанг, Лиланд; Модха, Дхармендра С.; Фридман, Дэниел Дж. (сентябрь 2011 г.). «45-нм нейроморфный КМОП-чип с масштабируемой архитектурой для обучения в сетях импульсных нейронов» . Конференция IEEE по пользовательским интегральным схемам (CICC) , 2011 г. стр. 1–4. дои : 10.1109/CICC.2011.6055293 . ISBN  978-1-4577-0222-8 . S2CID   18690998 . Проверено 21 декабря 2021 г.
  3. ^ «Samsung подключает чип IBM, имитирующий мозг, к усовершенствованному датчику» . Engadget . Проверено 21 декабря 2021 г.
  4. ^ Перейти обратно: а б «IBM представляет интеллектуальный чип для быстрого и эффективного искусственного интеллекта — IEEE Spectrum» . ИИЭЭ . Проверено 30 октября 2023 г.
  5. ^ КЕЛЛИ, ДЖОН Э.; ХАММ, СТИВ (2013). Умные машины: IBM Watson и эра когнитивных вычислений . Издательство Колумбийского университета. дои : 10.7312/kell16856 . ISBN  9780231537278 . JSTOR   10.7312/kell16856 .
  6. ^ Перейти обратно: а б «Архитектура мозга, эффективность… на чипе» . Блог исследований IBM . 19 декабря 2016 г. Проверено 21 августа 2021 г.
  7. ^ «Pohoiki Beach от Intel, нейроморфная система с 64 чипами, обеспечивает прорывные результаты в исследовательских тестах» . Отдел новостей Intel .
  8. ^ «Корейские исследователи Девел» . 30 марта 2020 г.
  9. ^ Меролла, Пенсильвания; Артур, СП; Альварес-Икаса, Р.; Кэссиди, А.С.; Савада, Дж.; Акопян Ф.; Джексон, БЛ; Имам, Н.; Го, К.; Накамура, Ю.; Бреззо, Б.; Во, И.; Эссер, СК; Аппусвами, Р.; Таба, Б.; Амир, А.; Фликнер, доктор медицины; Риск, WP; Манохар, Р.; Модха, Д.С. (2014). «Интегральная схема с миллионом импульсных нейронов с масштабируемой сетью связи и интерфейсом». Наука . 345 (6197): 668–73. Бибкод : 2014Sci...345..668M . дои : 10.1126/science.1254642 . ПМИД   25104385 . S2CID   12706847 .
  10. ^ IEEE, как IBM добилась мозговой эффективности благодаря чипу TrueNorth
  11. ^ «Когнитивные вычисления: нейросинаптические чипы» . ИБМ. 11 декабря 2015 г.
  12. ^ Сон, Кён Ми; Чон, Джэ Сын; Пан, Бяо; Чжан, Сичао; Ся, Цзин; Ча, Сункён; Пак, Тэ-Эон; Ким, Квансу; Финицио, Симона; Раабе, Йорг; Чанг, Джуонён; Чжоу, Ян; Чжао, Вэйшэн; Канг, Ван; Джу, Хёнсу; У, Сонхун (март 2020 г.). «Искусственные синапсы на основе скирмиона для нейроморфных вычислений». Природная электроника . 3 (3): 148–155. arXiv : 1907.00957 . дои : 10.1038/s41928-020-0385-0 . S2CID   195767210 .
  13. ^ «Нейроморфные вычисления: долгий путь от корней к реальной жизни» . 15 декабря 2020 г.
  14. ^ «Архитектура мозга, эффективность… на чипе» . Блог исследований IBM . 19 декабря 2016 г. Проверено 28 сентября 2022 г.
  15. ^ Перейти обратно: а б с «Исследования IBM: чип, вдохновленный мозгом» . www.research.ibm.com . 9 февраля 2021 г. Проверено 21 августа 2021 г.
  16. ^ Перейти обратно: а б Андреу, Андреас Г.; Дыкман, Эндрю А.; Фишль, Кейт Д.; Гарро, Гийом; Мендат, Дэниел Р.; Орчард, Гаррик; Кэссиди, Эндрю С.; Меролла, Пол; Артур, Джон; Альварес-Икаса, Родриго; Джексон, Брайан Л. (май 2016 г.). «Обработка сенсорной информации в реальном времени с использованием нейросинаптической системы TrueNorth» . Международный симпозиум IEEE по схемам и системам (ISCAS) , 2016 г. п. 2911. дои : 10.1109/ISCAS.2016.7539214 . ISBN  978-1-4799-5341-7 . S2CID   29335047 .
  17. ^ «Стереозрение с использованием вычислительной архитектуры, вдохновленной мозгом» . Блог исследований IBM . 19.06.2018 . Проверено 21 августа 2021 г.
  18. ^ Афифи-Сабет, Кеумарс (28 октября 2023 г.). «Вдохновленный человеческим мозгом — новейший ИИ-чип IBM может быть в 25 раз более эффективным, чем графические процессоры, благодаря большей интеграции — но ни Nvidia, ни AMD пока не о чем беспокоиться» . ТехРадар . Проверено 30 октября 2023 г.
  19. ^ Модха, Дхармендра С.; Акопян, Филипп; Андреопулос, Александр; Аппусвами, Ратинакумар; Артур, Джон В.; Кэссиди, Эндрю С.; Датта, Паллаб; ДеБоле, Майкл В.; Эссер, Стивен К.; Отеро, Карлос Ортега; Савада, Джун; Таба, Брайан; Амир, Арнон; Баблани, Дипика; Карлсон, Питер Дж. (20 октября 2023 г.). «Нейронный вывод на границе энергии, пространства и времени» . Наука . 382 (6668): 329–335. Бибкод : 2023Sci...382..329M . дои : 10.1126/science.adh1174 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   37856600 . S2CID   264306410 .
  20. ^ Модха, Дхармендра (19 октября 2023 г.). «Северный полюс: нейронный вывод на границе энергии, пространства и времени» . Дхармендра С. Модха - Моя работа и мысли . Проверено 31 октября 2023 г.
  21. ^ «Почему Intel создала нейроморфный чип» . ЗДНЕТ .
  22. ^ « Intel представляет нейроморфный чип Loihi, догоняя IBM в искусственном мозге». 17 октября 2017 г. AITrends.com» . Архивировано из оригинала 11 августа 2021 года . Проверено 17 октября 2017 г.
  23. ^ Фельдман, М. (7 декабря 2018 г.). «Intel наращивает усилия в области нейроморфных вычислений с новыми партнерами по исследованиям» . ТОП500 . Проверено 22 декабря 2023 г.
  24. ^ Дэвис, М. (2018). «Лойхи – краткое введение» (PDF) . Корпорация Интел . Проверено 22 декабря 2023 г.
  25. ^ Тан, Гуанчжи; Шах, Арпит; Мичмизос, Константинос. (2019). «Всплеск нейронной сети на нейроморфном оборудовании для энергоэффективного одномерного SLAM». Международная конференция IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам (IROS) 2019 . стр. 4176–4181. arXiv : 1903.02504 . дои : 10.1109/IROS40897.2019.8967864 . ISBN  978-1-7281-4004-9 . S2CID   70349899 .
  26. ^ Имам, Набиль; Клеланд, Томас А. (2020). «Быстрое онлайн-обучение и надежный отзыв в нейроморфной обонятельной цепи». Природный машинный интеллект . 2 (3): 181–191. arXiv : 1906.07067 . дои : 10.1038/s42256-020-0159-4 . ПМИД   38650843 . S2CID   189928531 .
  27. ^ Грушка, Дж. (16 июля 2019 г.). «Нейроморфный процессор Intel Loihi масштабируется до 8 миллионов нейронов, 64 ядра» . Зифф Дэвис . Проверено 22 декабря 2023 г.
  28. ^ Пекхэм, Оливер (28 сентября 2022 г.). «Лаборатории Intel выпускают нейроморфную плату «Капохо Тойнт»» . HPCwire . Проверено 26 октября 2023 г.
  29. ^ «Исследовательские группы: APT — передовые процессорные технологии (Школа компьютерных наук — Манчестерский университет)» . apt.cs.manchester.ac.uk .
  30. ^ Ноймайер, Марти (2012). Метанавыки: пять талантов эпохи роботов . Индианаполис, Индиана: Новые гонщики. ISBN  9780133359329 .
  31. ^ Гурвиц, Джудит; Кауфман, Марсия; Боулз, Адриан (2015). Когнитивные вычисления и анализ больших данных . Индианаполис, Индиана: Джон Уайли и сыновья. п. 110. ИСБН  9781118896624 .
  32. ^ Лор, Стив (16 июля 2021 г.). «Что случилось с IBM Watson?» . Нью-Йорк Таймс . ISSN   0362-4331 . Проверено 28 сентября 2022 г.
  33. ^ Саймон, Джордж; Динардо, Кортни Д.; Такахаси, Коичи; Касконе, Тина; Пауэрс, Синтия; Стивенс, Рик; Аллен, Джошуа; Антонофф, Мара Б.; Гомес, Дэниел; Кин, Пэт; Суарес Саис, Фернандо; Нгуен, Куинь; Роарти, Эмили; Пирс, Шерри; Чжан, Цзяньцзюнь (июнь 2019 г.). «Применение искусственного интеллекта для устранения пробелов в знаниях в области лечения рака» . Онколог . 24 (6): 772–782. doi : 10.1634/теонколог.2018-0257 . ISSN   1083-7159 . ПМК   6656515 . ПМИД   30446581 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 9cb946bbe91747a1eb183b98caf27862__1722385140
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/9c/62/9cb946bbe91747a1eb183b98caf27862.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cognitive computer - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)