Desarrollan supercomputador inspirado en el cerebro humano

La arquitectura del chip acelera el camino a la computación a escala, permitiendo a los computadores hacer frente a labores complejas, tales como tareas cognitivas de reconocimiento de patrones y procesamiento sensorial.

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) anunció que ha adquirido una plataforma de supercomputación inspirada en el cerebro humano, primera en su tipo, para aprendizaje profundo, desarrollada por IBM Research.

Basado en el avanzado chip neurosináptico llamado TrueNorth, la plataforma escalable es capaz de procesar el equivalente a 16 millones de neuronas y 4 mil millones de sinapsis, consumiendo la energía equivalente a una Tablet (sólo 2.5 vatios de potencia).

Similar al cerebro, el diseño de redes neuronales del Sistema Neuromórfico de IBM es capaz de inferir tareas cognitivas complejas, como el reconocimiento de patrones y procesamiento sensorial integrado, de manera más eficiente que los chips convencionales.

El sistema será utilizado para explorar nuevas capacidades de computación en la Administración Nacional de Seguridad Nuclear de Estados Unidos (NNSA, por sus siglas en inglés) en seguridad cibernética, y administración de la fuerza disuasiva nuclear de la nación y no proliferación. De esta manera, el programa de Simulación Avanzada y Computación (ASC) de la NNSA evaluará las aplicaciones de aprendizaje automático, los algoritmos y arquitecturas de aprendizaje profundo y llevará a cabo estudios de viabilidad de computación en general. Cabe señalar que la ASC es una piedra angular del Programa de Administración de la NNSA para garantizar la seguridad y fiabilidad de la fuerza disuasiva nuclear sin pruebas subterráneas.

En ese sentido Jim Brase, Director Adjunto Asociado para Data Science en Lawrence Livermore National Laboratory, señaló que “la computación neuromórfica abre nuevas posibilidades muy interesantes y es consistente con lo que vemos como el futuro de la computación de alto rendimiento y la simulación en el corazón de nuestras misiones de seguridad nacional. Las capacidades potenciales que representa la computación neuromórfica y la inteligencia de las máquinas como estas permitirán cambiar la manera en la que hacemos ciencia”.

Esta tecnología representa el cambio definitivo en el diseño de computadores, que ha prevalecido en los últimos 70 años, y podría ser un complemento de gran alcance en el desarrollo de la próxima generación de supercomputadores capaces de trabajar a velocidad exaescala, 50 veces (o dos órdenes de magnitud) más rápido que el más avanzado sistema petaflop (mil billones de operaciones por segundo).

Por otro lado, es importante destacar que al igual que el cerebro humano, los sistemas neurosinápticos requieren significativamente menos energía eléctrica y volumen, por lo que “el bajo consumo de energía de estos procesadores inspirados en el cerebro refleja el deseo de la industria y un enfoque creativo para reducir el consumo de energía en todos los componentes para sistemas futuros fijando la vista en la computación exaescala”, agregó Michel McCoy, Director del Programa Weapon Simulation and Computing del Lawrence Livermore National Laboratory.

Por su parte Dharmendra S. Modha, IBM Fellow, Chief Scientist at brain-inspired computing, IBM Research – Almaden, comentó que “la entrega de esta avanzada plataforma de computación representa un importante hito al entrar en la nueva era de la computación cognitiva. Valoramos nuestra relación con los laboratorios nacionales. De hecho, antes del diseño y la fabricación, simulamos el procesador IBM TrueNorth usando el supercomputador Sequoia de LLNL. Esta colaboración va a empujar los límites de la computación inspirada en el cerebro para permitir que los futuros sistemas proporcionen capacidades y rendimiento sin precedentes, mientras ayudan a minimizar los costos de capital, operación y programación – manteniendo a nuestra nación a la vanguardia de la ciencia y la tecnología”.

TrueNorth: la puerta de entrada a la nueva era cognitiva

Un único procesador TrueNorth consiste en 5.400 millones de transistores conectados entre sí para crear una matriz de 1 millón de neuronas digitales que se comunican entre sí a través de 256 millones de sinapsis eléctricas, consumiendo 0.8 voltios y 70 milivatios de potencia en funcionamiento en tiempo real, lo que le permite realizar 46 giga operaciones sinápticas por segundo – menos energía que cualquier computador convencional que ejecuta inferencia en la misma red neuronal.

TrueNorth fue desarrollado originalmente con el auspicio de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa de Estados Unidos (DARPA), a través del programa SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics) en colaboración con Cornell University.

Bajo los términos del contrato, LLNL recibirá un sistema TrueNorth de 16 chips que representa un total de 16 millones de neuronas y 4 mil millones de sinapsis. LLNL también recibirá un ecosistema de extremo a extremo que ayude a crear máquinas eficientes energéticamente que imiten las habilidades del cerebro para la percepción, acción y cognición. El ecosistema consiste en un simulador; lenguaje de programación; un entorno de programación integrado; una librería de algoritmos, así como aplicaciones; firmware; herramientas para la composición de las redes neuronales para aprendizaje profundo; un plan de estudios y un entorno cloud.

Los científicos computacionales de Lawrence Livermore colaborarán con IBM Research, asociados en el Departamento de Energía compleja, y universidades para expandir las fronteras de la arquitectura neurosináptica, diseño de sistemas, algoritmos y ecosistema de software.