Уже достаточно давно было принято называть микропроцессор «электронным мозгом» компьютера. А в настоящее время этот термин стал еще намного ближе к его же значению. Руководство Ливерморской Национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) заключило сделку, в рамках которой для нужд лаборатории будет приобретена нейроморфная суперкомпьютерная вычислительная система, разработанная специалистами IBM Research. Основой этой системы является нейросинаптический процессор IBM TrueNorth и в составе ядра системы будут работать 16 миллионов цифровых нейронов и 4 миллиарда синапсов, а потребляемая нейроморфным ядром энергия будет равна всего 2.5 Ваттам.

Процессор TrueNorth использует принципы, кардинально отличные от принципов, на которых строились компьютеры и вычислительные системы за последние 70 лет. На кристалле этого процессора созданы электронные цифровые аналоги нейронов и синапсов, а собственно чип можно рассматривать как какой-то участок головного мозга. Согласно информации от компании IBM, это является не первым случаем попытки создания подобной вычислительной системы, но в чипе TrueNorth использованы все самые последние достижения в этой области, которые позволяют избежать узких мест традиционной архитектуры Фон-Неймана и требуют совершенно новых подходов к архитектуре вычислительных систем.

Технология, которая лежит в основе процессора TrueNorth, изначально разрабатывалась для программы Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics). Она является масштабируемой и на ее основе можно создавать вычислительные системы экза-уровня, системы, производительность которых эквивалентна миллиардам миллиардов вычислительных операций в секунду. Это в пятьдесят раз быстрее, нежели существующие суперкомпьютеры, производительность которых находится на пета-уровне, при этом, габариты нейроморфной системы гораздо меньше габаритов суперкомпьютера.

Вычислительная система, которая будет поставлена в лабораторию LLNL, содержит 16 чипов TrueNorth, на кристалле каждого из которых находится по 5.4 миллиарда транзисторов, соединенных так, что получается один миллион цифровых нейронов и 256 миллионов синапсов. Для сравнения, в мозге человека насчитывается 100 миллиардов нейронов, так, что пока о создании полного электронного аналога мозга можно только задумываться.

Каждый процессор TrueNorth способен выполнять 46 гига-синаптических операций в секунду, потребляя всего 70 милливатт энергии при напряжении питания 0.8 Вольта. А 16 процессоров с элементами архитектуры, обеспечивающими совместную работу процессоров, потребляют энергию, сопоставимую с уровнем потребления планшетного компьютера.

Эффективность работы нейроморфной системы достигается за счет отсутствия некоторых ограничений традиционной архитектуры Фон-Неймана. К примеру, в нейроморфной системе программные инструкции и данные могут проходить через один и тот же маршрут, что принципиально невозможно в классических системах. Кроме этого, некоторые части процессора TrueNorth подключаются только в случае необходимости, что так же приводит к значительному снижению энергопотребления.

Нейроморфная система TrueNorth будет использоваться в рамках программы National Nuclear Security Administration’s Advanced Simulation and Computing (ASC), в которой, при помощи методов глубинного изучения будут проводиться расчеты математических моделей из области кибербезопасности в отношении систем ядерных вооружений и подземных ядерных испытаний.

Специалисты лаборатории LLNL получат не голую нейроморфную систему из 16 чипов, в их распоряжение поступит целая «экосистема», позволяющая аппаратной части системы подражать работе головного мозга и снабдить систему функциями восприятия, познания и действий. Эта система включает в себя различные эмуляторы, специализированный язык программирования, интегрированную среду разработки, библиотеки алгоритмов и средства интеграции нейроморфной системы с облачными вычислительными системами.