Новости технологий полны важных событий, но немногие из них представляют собой настоящие прорывы. Лучший в мире вуз 2014 года, Массачусетский технологический институт, регулярно выдающий на-гора невероятные открытия и разработки, представил свой топ из десяти прорывных технологий настоящего времени. По мнению авторов, это «прорывы, которые будут иметь значение многие годы». В этом цикле статей мы подробно ознакомимся с каждым пунктом.

Нейроморфные чипы — микропроцессоры, больше похожие на мозги, чем на обычные чипы, приведут к тому, что компьютеры будут интересоваться о происходящем вокруг них.

Прорыв:

Альтернативный дизайн компьютерных чипов, заточенных специально под искусственный интеллект.

Почему это важно:

Традиционные чипы почти достигли фундаментальных пределов производительности. (Смотри закон Мура).

Ключевые игроки:

• Qualcomm
• IBM
• HRL Laboratories
• Human Brain Project

Небольшой робот по имени «Пионер» медленно катится к фигурке «Капитана Америки» на ковре. Они находятся внутри грубой модели спальни ребенка, которую производитель чипов Qualcomm устроил в своем трейлере. Робот замирает, словно оценивая ситуацию, а затем толкает фигурку к трем приземистым колоннам, представляющим игрушечные ведра. Старший инженер Qualcomm Ильву Чанг указывает двумя руками в направлении колонны, где нужно разместить игрушку. «Пионер» замечает этот жест и покорно подчиняется. Затем он катится назад и замечает другую игрушку, «Человека-Паука». В этот раз «Пионер» доставляет его к колонне без человеческого вмешательства.

Эта демонстрация в штаб-квартире Qualcomm в Сан-Диего выглядит скромно, но отражает будущее вычислительной техники. Робот выполняет задачи, для которых обычно нужны мощные специальные компьютеры, использующие много электроэнергии. Оснащенный одним смартфонным чипом со специальным программным обеспечением, «Пионер» может распознавать объекты, не виденные им раньше, распределять их по их сходству с похожими объектами, и доставлять их в нужное место — не благодаря программированию, а довольствуясь только одним показом места, куда их нужно доставлять. Робот может это делать, поскольку имитирует, хоть и в очень ограниченном виде, работу мозга.

В конце этого года Qualcomm приоткрыла, как технологии можно встраивать в кремниевые чипы, которые питают почти каждое электронное устройство. Эти «нейроморфные» чипы — названные так, поскольку смоделированы на основе биологических мозгов — будут обрабатывать сенсорные данные, изображения и звуки, и реагировать на изменения в этих данных так, как обычно не программируют. Они обещают ускорить десятилетия сложного прогресса в сфере искусственного интеллекта и привести к машинам, которые могут понимать и взаимодействовать подобно людям. Медицинские сенсоры и устройства могут отслеживать индивидуальные жизненные сигналы и предлагать нужное лечение, если будут знать нужную дозу для каждого отдельного заболевания ранее. Ваш смартфон сможет предугадать, что вы захотите через секунду, и точно будет знать, напомнить вам о встрече или перенести ее. Самоуправляемые автомобили Google будут проходить эксперименты вовсе без людей, а более искусные роботы Roomba не будут застревать под диваном.

«Мы размываем границы между кремниевой и биологической системами», — говорит главный технолог Qualcomm Мэтью Гроб.

Чипы Qualcomm не будут доступны до начала следующего года как минимум; весь 2014 год компания будет искать исследователей, которые испытают технологию. Но если ей это удастся, проект под названием «нулевая программа» (Zeroth program) станет первой крупномасштабной коммерческой платформой для нейроморфных вычислений. Она находится на передней кромке перспективных исследований в этой сфере и работает с лабораториями IBM Research и HRL Laboratories, каждая из которых разрабатывала нейроморфные чипы в рамках проекта на 100 миллионов долларов для агентства DARPA. Европейские проект Human Brain Project потратит около 100 миллионов евро на нейроморфные проекты тоже.

Современные компьютеры используют так называемую архитектуру фон Неймана, которая перемещает данные туда и обратно между центральным процессором и чипами памяти в линейной последовательности вычислений. Этот метод отлично подходит для числовых и письменных программ, но не обрабатывает изображения или звук. Стоит сказать, что в 2012 году, когда Google показала программное обеспечение с искусственным интеллектом, который может распознавать котов на видео, ей понадобилось 16 000 процессоров, чтобы добиться этого.

Продолжение повышения производительности таких процессоров требует от производителей упаковывать их все плотнее и плотнее, быстрейших транзисторов, кремниевых кэшей памяти, но даже тепло, выделяемое всеми этими компонентами, ограничивает скорость работы чипов, особенно у мобильных устройств. Это может остановить наше продвижение к устройствам, которые эффективно обрабатывают изображение, звук и другую сенсорную информацию, а затем применяют ее к таким задачам, как распознавание лиц и транспортная навигация.

Мало кто заинтересован в преодолении этих физических проблем больше, чем Qualcomm, производитель беспроводных чипов, используемых в телефонах и планшетах. Все чаще пользователи мобильных устройств требуют больше от этих машин. Но персональные ассистенты сегодняшнего дня, вроде Siri и Google Now, ограничены, поскольку должны обращаться к облаку более мощных компьютеров, чтобы ответить на самый банальный вопрос.

Нейроморфные чипы пытаются смоделировать в кремнии метод параллельного решения задач, подобно мозгу, обрабатывающему информацию, пока миллиарды нейронов и триллионы синапсов реагируют на вводы сенсорной информации вроде визуальных и аудиальных сигналов. Эти нейроны также меняются по мере того, как соединяются друг с другом, реагируя на изменения изображений, звуков и так далее. Этот процесс мы называнием обучением. Чипы, использующие подобие модели мозга, так называемые нейронные сети, делают то же самое. Вот почему робот Qualcomm — даже несмотря на то, что работает на программном обеспечении, которое просто имитирует нейроморфный чип — смог положить «Человека-Паука» в то же место, что и «Капитана Америку», никогда до этого не видев первого персонажа.

Qualcomm может добавить «нейронный процессор» в мобильные телефоны для обработки сенсорных данных и задач типа распознавания изображений.

Даже если нейроморфные чипы еще очень далеки от способностей мозга, они смогут обрабатывать информацию быстрее, чем современные компьютеры. Пытаясь эмулировать мозг просто с помощью специального программного обеспечения на обычных процессорах — как Google в эксперименте с кошками — было бы крайне неэффективно создавать машины с более мощным интеллектом, говорит Джефф Хокинс, ведущий теоретик ИИ, создавший Palm Riot перед Numenta, компанию по созданию программного обеспечения, вдохновляемого работой мозга.

Нейронный канал

Qualcomm владеет сотнями патентов на беспроводные коммуникации, а капитализация компании находится на уровне с Intel. Теперь пришло время выйти на новый уровень. Сначала компания инвестировала в стартап Brain Corp., а затем увеличила число сотрудников, которые последние пять лет работали над созданием алгоритмов и аппаратного обеспечения, имитирующих функции мозга. Проект Zeroth изначально специализировался на роботах, поскольку тот метод, которым роботы взаимодействуют с миром, дает некоторые уроки о том, как учится мозг — и эти уроки можно применить в смартфонах и других продуктах. Название проекта берет начало с «нулевого закона» робототехники Айзека Азимова: «Робот не может причинить вред человечеству или своим бездействием допустить, чтобы человечеству был нанесен вред».

Идея нейроморфных чипов появилась давно. Карвер Мид, почетный профессор Калифорнийского технологического института, легенда в области интегральных схем, ввел термин в 1990 году, описывая, как аналоговые чипы, в отличие от бинарных, могут имитировать электрическую активность мозга. Но он не смог найти способ создать свой аналоговый чип. Только один возможный нейроморфный процессор, чип подавления шума от Audience, был продан сотнями миллионов копий. Этот чип, созданный на основе человеческого уха, использовался в телефонах от Apple, Samsung и других.

Будучи коммерческой компанией, Qualcomm предпочла прагматизм чистой производительности в своей конструкции. Это означает, что разрабатываемые нейроморфные чипы все еще остаются цифровыми, более предсказуемыми и простыми в производстве, нежели аналоговые. И вместо того, чтобы моделировать чипы как можно ближе к биологии мозга, проект Qualcomm эмулирует аспекты поведения мозга. Например, чип кодирует и передает данные таким образом, что имитирует электронные сигналы, генерируемые мозгом во время реакции на сенсорную информацию.

Эти чипы отлично вписываются в существующий бизнес Qualcomm, которая доминирует на рынке чипов для мобильных телефонов, но наблюдает медленный рост выручки. Ее чипы Snapdragon включают компоненты вроде графического процессора; Qualcomm может добавить «нейронный процессор» в чипы для обработки сенсорных данных и задач типа распознавания лиц и навигации. А учитывая то, что у Qualcomm весьма прибыльный бизнес по лицензированию технологий другим компания, можно будет продавать и алгоритмы нейроморфных чипов. Сенсорные чипы смогут обрабатывать изображения, движения и другое.

Когнитивный компаньон

Qualcomm особенно заинтересована в возможности нейроморфных чипов превратить наши смартфоны и другие мобильные устройства в когнитивных компаньонов, которые будут уделять внимание вашим действиям и изучать ваши привычки со временем.

«Если вы и ваше устройство будете воспринимать окружающую среду одинаково, ваше устройство будет лучше понимать ваши намерения и ваши желания», — говорит Самир Кумар, директор по развитию бизнеса Qualcomm.

Проще говоря, ваш смартфон будет иметь цифровое шестое чувство. Если вы отметите свою собаку на фото, камера будет распознавать животное в каждом последующем фото. Вы можете попросить телефон сделать снимок, когда ваш сын вот-вот забьет футбольный мяч. Перед сном можно попросить перенаправлять звонки на голосовую почту.

Руководители Qualcomm не позволяют своей фантазии разыграться, прежде чем их чипы станут доступны. Но нейроморфные исследователи не против посплетничать. Дхармендра Модха, топ-исследователь в IBM, считает, что такие чипы могут привести к созданию очков для слепых, которые будут использовать визуальные и аудиальные сигналы для распознавания объектов и обеспечения звуковых подсказок; системы жизнеобеспечения смогут наблюдать за жизненными показателями, заранее предупреждая о возможных проблемах; компьютеры смогут лучше предсказывать появление цунами. Этим летом в HRL ведущий исследователь Нараян Шриниваса планирует испытать нейроморфный чип в устройстве размером с птицу от AeroVironment, которое будет летать из комнаты в комнату. Птица будет принимать данные с камер и других датчиков, поэтому сможет изучить наиболее короткий путь из комнаты в комнату. Это может привести к созданию более способных беспилотных дронов.

Программистам понадобится время, чтобы выяснить лучший способ использования аппаратного обеспечения. Коммерческим продуктам придется подождать. Однако руководители Qualcomm не согласны с этой точкой зрения, поскольку верят в то, что запуск технологии в этом году раскрасит перспективу появления подобных чипов на массовом рынке.

Источник: Hi-Tech News