Компьютерный мозг: как работают нейропроцессоры
Нейросети — одна из наиболее перспективных компьютерных технологий. Все мы не задумываясь используем ее каждый день. Распознавание лиц, голосовые помощники, рекомендации в социальных сетях — все это было бы невозможно без нейросетей. Для них нужны специальные нейронные процессоры, которые отличаются от привычных процессорных систем.
Архитектура компьютерного мозга
Компьютеры с традиционными процессорами устроены следующим образом: отдельно в них расположена память, где хранятся данные и программы, отдельно — процессор, где происходит обработка информации. Между этими двумя блоками есть канал, по которому идет обмен данными. Но его пропускная способность ограничена, и это замедляет скорость вычислений.
Нейропроцессоры устроены по-другому. Они состоят из множества одинаковых ячеек, где есть и вычислительный блок, и собственная внутренняя память. Такая конфигурация схожа со структурой мозга человека. В нем тоже есть клетки-нейроны, и взаимодействие между ними происходит при помощи синапсов, передающих информацию. Электронный аналог человеческого мозга уже несколько десятилетий разрабатывает отдельная наука — нейроморфный инжиниринг. Современные нейропроцессоры — результат работы ученых в этой области.
Принцип работы компьютерного мозга
Пока нельзя сказать, что нейронный процессор — полный дублер мозга человека. В наши дни ни одна техническая разработка не может сравниться со столь сложной структурой человеческого организма. Однако принцип работы нейропроцессоров в чем-то схож с мыслительной деятельностью. Информация поступает в управляющий процессор, а затем передается нейронам для обработки и анализа.
Разберем принцип работы на примере системы распознавания товаров на складе. В память нейронов загружают шаблоны того, как выглядит тот или иной товар. Камера фотографирует объект и передает информацию сразу всем нейронам. Те при помощи специальных алгоритмов анализируют фото, сравнивая его с загруженным в память, и выдают результат управляющему процессору. Затем программа определяет, на какую полку отправить тот или иной продукт, чтобы не нарушать товарное соседство. Схожим образом работает распознавание звуковой и видеоинформации.
Скорость обработки данных
Каждый нейрон внутри нейроморфного процессора — независимое вычислительное ядро. Поэтому нейропроцессоры — это многоядерные структуры, причем ядер в них намного больше, чем в традиционных процессорных системах. Это влияет на скорость обработки данных. Большинство операций (например, распознавание изображений, их анализ и фильтрацию) нейронные процессоры способны выполнять очень быстро. Высокая скорость работы достигается еще и за счет того, что операции в нейропроцессорах выполняются одновременно, а не последовательно, как в процессорах традиционных.
Скорость работы — не единственный плюс. Нейропроцессоры отличает низкое потребление электричества при высокой производительности. Уже сейчас они используются для решения множества задач: от распознавания лиц и оценки качества продуктов до обработки звука, фото и видео. В будущем их возможности станут еще шире.