Высечено в камне
«Искусственный интеллект всего лишь компьютерная программа», — говорят технооптимисты, призывая не бояться ИИ. Теперь это не совсем так. Почти 20 лет технологические гиганты пытаются реализовать нейросети на аппаратном уровне — в железе и кремнии. Нейроморфные чипы — так называются процессоры будущего
Биологический нейрон по сравнению с современными процессорами имеет ничтожную производительность — всего 10 сигналов в секунду. Но за счет распределенной сети передачи сигнала мозг человека обрабатывает невероятное количество информации одновременно. Современные нейроморфные чипы еще не достигли уровня сложности связей в человеческом мозге, однако вполне могут посоперничать с ним в скорости. Искусственные нейроны, собранные на современных электронных технологиях, могут обрабатывать и пропускать в сотни раз больше сигналов в секунду, чем нейроны человеческого мозга.
Нейроморфные чипы потребляют мало энергии, почти не ограничены в возможностях масштабирования — и совершенно не похожи на обычные процессоры. Но что это значит — обычные?
Машины, которые считают
Первые электронные компьютеры появились в годы Второй мировой войны. Они были нужны для расчета баллистических таблиц, дешифровки вражеских сообщений, и поэтому все мировые державы того времени активно спонсировали разработку электронных вычислительных машин (ЭВМ). Главной задачей той эпохи были абсолютная точность и строгое следование заданному алгоритму вычислений.
Несмотря на то что современные компьютеры мало похожи на первые ЭВМ, основные принципы остались теми же. Для создания машины, способной к быстрым и точным расчетам, нужны электричество и логический элемент, который управляет протеканием тока от входа к выходу. Это похоже на работу кнопки дверного звонка: когда вы нажимаете на нее, контакты соединяются и звонок звенит; когда вы отпускаете кнопку, контакт размыкается и звук прекращается. В современной технике используются транзисторы, у которых есть контакт для подачи тока на вход, контакт для подачи тока на выход и управляющий контакт, «база», который играет ту же роль, что и палец человека для дверного звонка. В зависимости от того, подают на «базу» ток или нет, транзистор либо пропускает электричество от входа к выходу, либо нет.
Транзисторы объединяются в базовые логические элементы. Чтобы собрать логический элемент «И», нужно шесть транзисторов. Такой элемент будет пропускать электричество дальше, только если ток подан на оба входящих контакта. Также шесть транзисторов требуется для реализации логического элемента «ИЛИ», а чтобы поменять значение на обратное, достаточно двух транзисторов.
Числа представляются в виде двоичного кода, и наличие тока на контакте означает единицу, а отсутствие — ноль. Чтобы представить число, нужен ряд контактов, каждый из которых отвечает за отдельную цифру. Чтобы произвести над входными числами какую-то операцию, например сложить, умножить или сравнить, нужно из базовых логических элементов собрать логическую схему. Чтобы сделать процессор, необходимо собрать схемы для разных операций в одном месте и в зависимости от того, какая операция производится, использовать ту или иную схему из набора. Эта часть процессора называется арифметико-логическое устройство (АЛУ).
Процессор получает вереницу операций на вход и выполняет их по очереди в строго определенном порядке. Это похоже на работу конвейера: одна «механическая рука» превращает код команды в элементарные операции, другая подает данные на вход, третья применяет поданную операцию к данным, четвертая сохраняет результат в ячейке памяти. Для работы системы нужна безупречная синхронизация, иначе «рука» АЛУ схватит данные от другой операции, сохраняющая «рука» положит результат в неверную ячейку памяти, и весь дальнейший расчет станет неверным.