האינטרנט של הדברים יציע יכולות קוגניטיביות ברמת המכשיר הבודד

שבבי TrueNorth שפותחו ביבמ בהשראת המוח האנושי מאפשרים למידה עמוקה -במערכות מכל גודל

bigstockphoto.com IsraelDefense

הלמידה העמוקה מגיעה למערכות משובצות מחשב. מדענים במעבדות המחקר של יבמ באלמדן מיישמים את היכולות אותן מציע מעבד TrueNorth המפותח על ידי יבמ בהשראת המוח האנושי, ומשלב מיליון נוירונים ו- 256 מיליון קשרים סינאפטיים, על מנת לנהל רשתות ונתונים בהיקפים עצומים -לצורך הצגת רמה גבוהה במיוחד של דיוק בזיהוי וטיפול באוספי נתונים גדולים בתחום הראיה הממוחשבת והבנת הדיבור האנושי. המחקר פותח אפשרויות חדשות לשיבוץ בינה מלאכותית אל תוך כלל מערך המחשוב, החל מעולם האינטרנט של הדברים דרך מכשירי סמארטפון, רובוטים, מכוניות  ועד מערכות מחשוב ענן ומחשבי-על.

הארכיטקטורה החדשנית של מעבד TrueNorth מאפשרת למיין ולסווג מידע מצולם בקצב של 1,200 עד 2,600 תמונות בשניה, תוך צריכה נמוכה במיוחד של זרם: 25-275 מילי-אמפר. קצב ספיקת העיבוד הזה גבוה למעשה מ- 6,000 פעולות נקודה צפה לשניה (fps) לכל ואט חשמל נצרך.

כמו מאסטרים גדולים בסרטי הקונג-פו, הנלחמים בו-זמנית בתוקפים רבים מכיוונים שונים, מסוגל המעבד לזהות, בזמן אמת, דפוסי התנהלות, ולעבד בעת ובעונה אחת מידע מ- 50-100 מצלמות, המייצרות כל אחת תמונת טלוויזיה סטנדרטית בהפרדה של 32X32 צבעים לכל פיקסל, ובקצב של 24 תמונות לשניה. הכל, תוך שימוש בסוללה סטנדטית של סמארטפון, ולאורך ימים אחדים.

פריצת הדרך הטכנולוגית החדשה הוצגה במאמר בעתון המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). החידוש המרכזי בשבב של יבמ, נשען על אלגוריתם להדרכה ואימון של רשתות עמוקות, על מנת שיפעלו באופן יעיל בסביבת ארכיטקטורה נוירו-מורפית דוגמת זו שבה בנוי TrueNorth. השבב מבוסס על עיבוד אותות נוירוניים בעלי סיבית בודדת, באמצעות סינאפסות, שכל אחת מהן מאופיינת ברמה נמוכה של דיוק, המצטרפות זו לזו על מנת ליצור רמה גבוהה של דיוק בעיבוד המתבצע ברמת קבוצת הסיביות (בלוק). עד עתה, נחשבה משימת השילוב הבין-סינאפטי הזה לעניין מורכב במיוחד, אם לא בלתי אפשרי.

הרשת הנוירו-מורפית בעלת יכולות הלמידה העמוקה ניתנת להגדרה ולהדרכה באותה קלות המאפיינת מערכות למידה עמוקה המוכרות כיום, תוך שחרור מדעני הנתונים מהצורך ללמוד את המורכבויות המיוחדות לשבבי TrueNorth והארכיטקטורה שלהם.

המדענים ביבמ חותרים לפתח תפיסת מחשוב השואבת את השראתה מהמוח האנושי, שתאפשר להציג מבנים ניתנים למידרוג של רשתות נוירוניות, תוך התמודדות עם המגבלות הבסיסיות הנוגעות לזמן, מרחב ואנרגיה.

אבן הדרך אותה רשמו מדעני יבמ מהווה הוכחת קונספציה ליעילות מערכות מחשוב השואבות השראה ממבנה המוח, ולאפשרות התמיכה אותה הן מציעות במשימות למידה עמוקה. בכך, נסללת הדרך לדור חדש של מערכות מחשוב קוגניטיביות, שיפעלו בעולם המובייל, הענן, ומחשוב העל.

במארס השנה הציגה יבמ וסיפקה לראשונה למעבדות הלאומיות מערכות נוירו-מורפית ניתנת להרחבה -NS16e, המשלבת 16 מעבדי TrueNorth. התצורה הזאת מתכוננת על מנת להריץ באופן יעיל רשתות יישומים בקנה מידה גדול, החורג מיכולותיו של שבב בודד. המערכת מקשרת בין המעבדים באמצעות ממשק מובנה שאינו דורש כל חיווט או קושחה, תוך צמצום מהותי של זמן ההשהיה וצריכת הזרם לתקשורת בין שבבים.

המעבדות הלאומיות על שם לורנס ליברמור חוקרות עתה שימושים של המערכות החדשות בתחומי המיון והזיהוי, ביישומים משובצי מחשב המאופיינים בצריכת זרם נמוכה -כמו גם במחשבי על מהירים במיוחד. המחקר מתמקד באופן בו ניתן להשתמש במערכות על מנת לזהות מכוניות המצולמות מן האוויר, על מנת להבין דפוסים של עומסי תנועה וחסימות, באבחון פגמים בתליכי ייצור, בניהול סימולציות מורכבות במיוחד דוגמת אלו הנדרשות לפתרון בעיות בתחום הפיזיקה וביישומי תכנון תעשייתי, על מנת למנוע כשלים וקריסת מוצרים.

הסביבה האקולוגית העוטפת כיום את שבבי TrueNorth כוללת לא רק את המעבדים עצמם, האלגוריתמים המורכבים להדרכת המכונה והמערכת בת 16 המעבדים -אלא גם כלי סימולציה, שפת תכנות, סביבת תכנות משולבת, ספריה הולכת ומתרחבת של אלגוריתמים ויישומים, קושחה, תוכניות הדרכה, לוחות אם וכרטיסי עיבוד בעלי שבב בודד, ומערכות ניתנות להרחבה.

יותר מ- 30 משתמשים ב- 40 אוניברסיטאות, גופי ממשל ומעבדות לאומיות בחמש יבשות סביב העולם, נכבר מפתחים כיום יישומים ובוחנים את היכולות החדשות הזמינות באמצעות TrueNorth.

הסביבה המקיפה הזאת החלה את דרכה כפרוייקט במסגרת סוכנות המחקר הבטחוני המתקדם של ארה"ב -DARPA, לפיתוח מערכות אלקטרוניות נוירו-מורפיות בעלות כושר הסתגלות גמיש (SyNAPSE).