venerdì 8 agosto 2014

Nuovo IBM SyNAPSE, potente microchip che emula il cervello umano


Gli scienziati di IBM hanno presentato oggi il primo chip di computer neurosinaptici per raggiungere una scala senza precedenti di un milione di neuroni programmabili, 256 milioni di sinapsi programmabili e 46 miliardi di operazioni sinaptiche per secondo per watt. A 5,4 miliardi di transistor, questo chip completamente funzionale e la produzione su scala è attualmente uno dei più grandi chip CMOS mai costruiti, ma, durante l'esecuzione in tempo reale biologico, consuma una minuscola energia di 70mW-ordini di grandezza meno rispetto a un microprocessore moderno.

Un supercomputer neurosinaptico ha le dimensioni di un francobollo che viene eseguito sull'equivalente energetico di una batteria di apparecchi acustici, questa tecnologia potrebbe trasformare la scienza, la tecnologia, affari, governo e società, consentendo la visione, audizione, e applicazioni multi-sensoriali. La svolta di oggi, pubblicata in Science in collaborazione con la Cornell Tech, è un passo significativo verso la produzione dei computer cognitivi alla società

C'è un enorme divario tra la capacità cognitiva del cervello umano e il consumo di potenza ultra-basso rispetto ai computer di oggi. Per colmare il divario, gli scienziati IBM hanno creato qualcosa che prima non esisteva, una nuova scalabile ed efficiente architettura del computer neuroscienze di ispirazione che rompe il percorso con la prevalente architettura di von Neumann usata quasi universalmente dal 1946. Questa seconda generazione di chip è il culmine di quasi un decennio di ricerca e sviluppo, tra cui il primo singolo core prototipo hardware nel 2011 ed ecosistema software con un nuovo linguaggio di programmazione e il simulatore di chip nel 2013. 

La nuova architettura di chip cognitivo ha una rete on-chip di maglie bidimensionale del 4096 digital, core neurosinaptici distribuiti, in cui ogni modulo di base integra memoria, calcolo e comunicazione, e opera in un event-driven, in parallelo, e modello fault-tolerant. Per abilitare il ridimensionamento del sistema oltre i confini single-chip, chip adiacenti, quando piastrelle, senza soluzione di continuità in grado di connettersi gli uni agli altri, la costruzione di una base per i futuri supercomputer neurosinaptici. Per dimostrare la scalabilità, IBM ha anche rivelato un sistema a 16-chip con sedici milioni di neuroni programmabili e quattro miliardi di sinapsi programmabili. 

"IBM ha aperto nuove strade nel campo dei computer-cervello di ispirazione, in termini di una radicalmente nuova architettura, scala senza precedenti, senza precedenti di potenza/Area/veloce efficienza, scalabilità illimitata, e tecniche di progettazione innovative. Prevediamo nuove generazioni di sistemi informatici - che complementano le macchine di von Neumann di oggi - alimentate da un ecosistema in evoluzione di sistemi, software e servizi", ha detto il dottor Dharmendra S. Modha, IBM Fellow e IBM Chief Scientist, Computing Brain-Inspired, IBM Research.

"Questi chip di ispirazione cerebrali potrebbero trasformare la mobilità, tramite applicazioni sensoriali e intelligenti che possono stare nel palmo della tua mano, ma senza la necessità di connessione internet Wi-Fi. Questo risultato sottolinea il ruolo di leadership di IBM nei momenti di trasformazione cardine nella storia dei computer tramite investimenti a lungo termine in innovazione organica". La Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ha finanziato il progetto dal 2008 con circa $ 53M via Fase 0Fase 1Fase 2 e Fase 3 dei Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics (SyNAPSE) program. Collaboratori attuali includono Cornell Tech e iniLabs, Ltd.


Costruire il Chip
Il chip è stato fabbricato utilizzando la tecnologia di processo a 28nm di Samsung che ha una fitta di memoria on-chip e bassa dispersione transistor. "Si tratta di un risultato sorprendente per sfruttare un processo tradizionalmente utilizzato per disponibili in commercio, i dispositivi mobili a bassa potenza per fornire un chip che emula il cervello umano elaborando estrema quantità di informazioni sensoriali, con una potenza molto bassa", ha detto Shawn Han, vice presidente di Fonderia Marketing, Samsung Electronics. "Questo è un enorme passo in avanti architettonica che è essenziale appena l'industria si muove verso il cloud di nuova generazione ed elaborazione dei big-data. E' un piacere essere parte di progresso tecnico per la prossima generazione attraverso la tecnologia 28nm di Samsung". 

Gli elementi del circuito event-driven del chip ha utilizzato la metodologia di progettazione asincrona sviluppato alla Cornell Tech e raffinato con IBM dal 2008. "Dopo anni di collaborazione con IBM, siamo ora un passo avanti verso la costruzione di un computer simile al nostro cervello," ha detto il professor Rajit Manohar, Cornell Tech. La combinazione di tecnologia all'avanguardia processo, metodologia di progettazione asincrono-sincrono ibrida, e la nuova architettura ha portato ad una densità di potenza di 20mW/cm2 , che è quasi quattro ordini di grandezza inferiore ai microprocessori di oggi. 

Avanzando il  SyNAPSE Ecosystem
Il nuovo chip è un componente di una soluzione end-to-end ecosistema integrato verticalmente che attraversa un simulatore di circuito integrato, neuroscience data, supercomputing,  neuron specification, paradigma di programmazione, algoritmi e applicazioni, e prototipi di modelli di progettazione. L'ecosistema supporta tutti gli aspetti del ciclo di programmazione dalla progettazione attraverso lo sviluppo, il debug e la distribuzione. Per portare avanti questa capacità tecnologica fondamentalmente diverso per la società, IBM ha progettato un curriculum didattico innovativo per le università, clienti, partner e dipendenti IBM.

Applicazioni e Vision
Questo ecosistema segna un cambiamento nel movimento di calcolo più vicino ai dati, prendendo enormemente vari tipi di dati sensoriali, l'analisi e l'integrazione di informazioni in tempo reale in modo dipendente dal contesto, e trattare con l'ambiguità si trovano in ambienti complessi del mondo reale. Guardando al futuro, IBM sta lavorando sull'integrazione di elaborazione neurosinaptici multi-sensoriali nei dispositivi mobili vincolati dalla potenza, il volume e la velocità; integrando sensori nuovi event-driven con il chip; in tempo reale servizi cloud multimediali accelerate da sistemi neurosinaptici; e supercomputer neurosinaptici di affiancamento chip multipli on board, la creazione di sistemi che sarebbero poi scalari a 100.000 miliardi di sinapsi e oltre.

Sulla precedente dimostrazione di core neurosinaptici con on-chip, l'apprendimento online, IBM prevede la costruzione di sistemi di apprendimento che si adattano in contesti reali. Mentre l'hardware di oggi è fabbricato utilizzando un moderno processo CMOS, l'architettura sottostante è pronta a sfruttare i progressi nella futura memoria, l'integrazione 3D, la logica, e tecnologie di sensori per fornire potenza ancora più basso, il pacchetto più densa, e la velocità più veloce. Le opinioni espresse sono quelle dell'autore e non riflettono la politica ufficiale o la posizione del Dipartimento della Difesa o il governo degli Stati Uniti. Approvato per il rilascio pubblico, distribuzione illimitata.



Fonte: IBM
Foto: Flickr

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