Membutuhkan Hampir 150.000 Prosesor Untuk Menyamai Otak Kucing

San Jose, California - Para ilmuwan di IBM Almaden pusat penelitian telah membangun otak buatan terbesar yang pernah - simulasi sel demi sel dari korteks visual manusia: 1,6 miliar neuron maya dihubungkan dengan 9 triliun sinapsis. Ini simulasi komputer, seluas otak kucing, pukulan jauh rekor sebelumnya - otak tikus simulasi dengan 55 juta neuron - dibangun oleh tim yang sama dua tahun lalu.
"Ini adalah Teleskop Hubble pikiran, akselerator linier dari otak," kata Dharmendra Modha, komputer Almaden ilmuwan yang akan mengumumkan feat pada konferensi Supercomputing 2009 di Portland, Ore Dengan kata lain, dalam dunia komputer ilmu pengetahuan, usaha tim yang besar.
Korteks, lapisan keriput luar otak, melakukan sebagian besar fungsi yang lebih tinggi yang membuat manusia manusia, dari mengenali wajah dan pidato untuk koreografi puluhan kontraksi otot terlibat dalam tenis sempurna melayani. Itu ini menggunakan sirkuit saraf yang universal disebut microcolumn, berulang-ulang. Modha berharap simulasi, dirakit menggunakan data ilmu saraf dari tikus, kucing, kera dan manusia, akan membantu para ilmuwan lebih memahami bagaimana otak bekerja - dan, khususnya, bagaimana kortikal microcolumn berhasil melakukan seperti berbagai tugas.
Tapi menguraikan microcolumn juga dapat membantu membangun komputer yang lebih baik, penemu Mars dan robot yang benar-benar cerdas. Dengan melakukan pembalikan struktur kortikal, Modha mengatakan, peneliti bisa memberikan mesin kemampuan untuk menafsirkan indera biologis seperti penglihatan, pendengaran dan sentuhan. Dan otak mesin buatan dapat memproses, cerdas, merasa bahwa saat ini tidak ada di alam, seperti radar dan laser range-temuan.
"Bayangkan peppering seluruh permukaan laut dengan tekanan, temperatur, kelembaban tinggi, gelombang dan sensor kekeruhan," kata Modha. "Bayangkan streaming data ini ke korteks reverse-rekayasa." Singkatnya, dia membayangkan kabel seluruh planet - mengubahnya menjadi sebuah organisme virtual dengan kapasitas untuk memahami pola sendiri yang berkembang dari arus cuaca, iklim dan laut.
Simulasi yang akan mengungkap Modha hari ini hanyalah titik awal. Ini tidak memiliki pola saraf yang berkembang sebagai otak nyata dewasa. Ahli saraf percaya bahwa kompleksitas ini hanya dapat berkembang melalui "pembelajaran diwujudkan" - terhuyung-huyung di dalam tubuh fisik, di mana setiap tindakan memiliki konsekuensi instan yang mengalami melalui indera seperti sentuhan dan pandangan. Sebagai Anil Seth, ahli syaraf di University of Sussex di Inggris, katakan, "kabel Otak itu sendiri."
Seth menunjukkan prinsip ini sementara di Institut ilmu saraf di San Diego menggunakan simulasi otak yang disebut Darwin. Dia diwujudkan 50.000 Darwin neuron virtual (hampir sama dengan otak siput kolam, atau seperempat dari lalat buah) dalam robot beroda. Seperti Darwin berkeliling, neuron virtual rewired koneksi mereka untuk menghasilkan apa yang disebut "sel tempat" hippocampal - mirip dengan neuron ditemukan pada mamalia - yang membantunya dinavigasi. Para ilmuwan tidak tahu bagaimana program sel-sel tempat, tetapi dengan belajar terkandung sel muncul sendiri.
Paulus Maglio, seorang ilmuwan kognitif di Almaden, memiliki rencana yang sama untuk simulasi kortikal Modha itu. Dia membangun sebuah dunia maya untuk itu untuk mendiami menggunakan perangkat lunak dari permainan baku tembak video "Unreal Tournament" dan data dari Mars. Selain peta topografi dan foto udara, Maglio berencana untuk menggunakan bajak tingkat pencitraan untuk menciptakan daerah dengan batu-batu manusia hidup dan kawah.
Perangkat lunak video game menyediakan pallet tubuh beberapa lusin robot untuk korteks maya Modha itu. Awalnya, ia akan menggunakan robot beroda sederhana untuk mengeksplorasi dunianya, didorong oleh keinginan mendasar seperti makanan dan kelangsungan hidup. "Ini harus ingin beberapa hal dan tidak seperti hal lainnya," kata Maglio. "Pada akhirnya, itu akan ingin untuk tidak roll off tepi tebing."
Miliar neuron Modha yang maya korteks begitu besar yang menjalankannya diperlukan salah satu superkomputer tercepat di dunia - Fajar, sebuah superkomputer Gene / P Biru di Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) di California.
Dawn hums dan bernafas di dalam sebuah ruangan acre ukuran di lantai dua Fasilitas Simulasi terascale lab. 147.456 Its prosesor dan 147.000 gigabyte memori mengisi 10 baris rak komputer, dijalin bersama oleh mil kabel. Dawn memakan satu juta watt listrik melalui kabel listrik setebal pergelangan tangan tukang pukul ini - racking tagihan listrik tahunan sebesar $ 1 juta. Deru kipas pendingin mengisi udara: 6675 ton AC kerja keras untuk mengusir panas tubuh Dawn, meniup 2,7 juta kaki kubik udara dingin melewati ruang setiap menit.
Dawn dipasang awal tahun ini oleh Departemen Nasional Energi Nuklir Administrasi Keamanan (NNSA), yang melakukan simulasi komputer besar untuk memastikan kesiapan gudang senjata nuklir bangsa. Modha tim yang bekerja dengan Fajar selama seminggu sebelum dialihkan ke pekerjaan rahasia nuklir NNSA. Untuk semua daya komputasi yang legendaris, Dawn masih berlari 1,6 miliar Modha itu neuron di hanya kecepatan satu-enam-ratus dari otak hidup. Sebuah simulasi kedua, dengan 1 miliar neuron, berlari sedikit lebih cepat - tapi masih hanya pada 1-80 sepertiga kecepatan otak normal.
Simulasi ini besar hanyalah langkah-langkah menuju tujuan akhir Modha tentang simulasi korteks manusia keseluruhan, sekitar 25 miliar neuron, dengan kecepatan penuh. Untuk melakukan itu, ia harus menemukan daya komputasi 1000 kali lebih. Pada tingkat yang superkomputer telah berkembang selama 20 tahun terakhir, bahwa super komputer super bisa ada pada 2019. "Ini bukan hanya mungkin, itu tak terelakkan," kata Modha. "Ini akan terjadi."
Tapi itu tidak akan mudah. "Bisnis seperti biasa tidak akan mendapatkan kita di sana," kata Mike McCoy, kepala simulasi maju dan komputasi di LLNL. Pengembangan superkomputer dalam beberapa dekade terakhir telah naik gelombang hukum Moore: transistor menyusut dan kekuatan komputasi chip prosesor dua kali lipat setiap 18 bulan. Tapi itu perjalanan liar ini segera berakhir. Transistor sekarang dikemas begitu padat pada chip bahwa panas yang dihasilkan tidak lagi dapat hilang. Untuk mengurangi panas, Dawn menggunakan lebih tua, lebih besar, 180-nanometer transistor yang dikembangkan 10 tahun yang lalu - bukan 45-nanometer transistor yang digunakan di komputer desktop saat ini. Dan untuk alasan yang sama, Dawn berjalan transistor ini pada megahertz 850 lamban - tiga kali lebih lambat daripada komputer desktop saat ini.
Superkomputer yang Modha perlu mensimulasikan seluruh korteks juga akan mengkonsumsi sejumlah penghalang kekuasaan. "Jika Anda meningkatkan teknologi saat ini, sistem ini mungkin memerlukan antara 100 megawatt dan gigawatt listrik," kata Horst Simon, seorang matematikawan di dekat Lawrence Berkeley National Laboratory, yang berkolaborasi dengan Modha pada simulasi. Satu gigawatt (satu miliar watt) adalah jumlah daya bahwa ilmuwan gila Emmett "Doc" Brown dibutuhkan untuk mengoperasikan mesin waktu DeLorean dalam film 1985 "Kembali ke Masa Depan." Tetapi Simon menempatkan lebih blak-blakan: "Ini akan menjadi pembangkit listrik tenaga nuklir," katanya. Listrik sendiri akan biaya $ 1 miliar per tahun.
Otak manusia, dengan perbandingan, bertahan pada hanya 20 watt. Meskipun simulasi superkomputer yang haus kekuasaan, Modha berharap bahwa wawasan mereka berikan akhirnya akan membuka jalan untuk teknologi yang lebih elegan. Dengan pendanaan dari DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), dia bekerja dengan tim yang sangat luas di lima universitas dan empat laboratorium IBM untuk membuat chip komputer baru yang dapat meniru korteks menggunakan daya jauh lebih kecil dari komputer. "Aku akan siapkan untuk Anda dalam dekade berikutnya," katanya.