Vallankumous tietokoneisiin – jäljittelee aivojen toimintaa

www.tietokone.fi  

Samuli Kotilainen | 13.8.2013

Maailman tehokkaimmatkin supertietokoneet ovat perin yksinkertaisia verrattuna ihmisen aivoihin. Tiedemaailmassa on pitkään kehitetty uudenlaista tietojenkäsittelyä, jossa yritetään jäljitellä aivojen toimintaa. Uusiksi menee käytännössä kaikki.

Tietojenkäsittelyssä ollaan siirtymässä uuteen aikakauteen, jossa perinteiset tietokoneet ovat heikoilla. Maailmaa täytetään erilaisilla sensoreilla, jotka tuottavat massiiviset määrät signaaleja, kuvaa, ääntä ja muuta tietoa. Tätä kaikkea rinnakkaista tietoa pitäisi käsitellä tehokkaasti ja nopeasti.
Perinteiset tietokoneet on suunniteltu numeerisen tiedon sarjamuotoiseen käsittelyyn. Suurten rinnakkaisten tietomäärien käsittelyssä suorituskyky on paljon heikompi. Koneista tulee myös suurikokoisia, ja ne vaativat paljon sähköä.
Ihmisen aivoilla ei ole näitä ongelmia. Pään sisällä on tiiviissä paketissa elin, jonka laskuteho peittoaa tehokkaimmatkin superkoneet kertaluokkien erolla. Aivot pystyvät helposti käsittelemään valtavia rinnakkaisia datamääriä, olipa kyseessä ääntä, kuvaa tai muita aistimuksia. Lisäksi aivojen suhteellinen energiantarve on hyvin vähäinen.

Ekosysteemi aivoja matkiville tietokoneille

IBM on nyt julkaissut kokonaisen ekosysteemin, joka tukee aivoilta mallia ottavaa tietojenkäsittelyä. Yhtiö kutsuu tätä kognitiiviseksi tietojenkäsittelyksi.
Kognitiivisessa tietojenkäsittelyssä nykyiset tekniikat on korvattava uusilla. IBM on julkaissut tekniikoita kaikkiin tarvittaviin osa-alueisiin.
Perinteisten prosessoreiden tilalle on kehitetty piisirulle rakennettavia siruja, jotka jäljittelevät aivojen neuronien ja synapsien toimintaa. IBM on kehittänyt arkkitehtuurimallin tällaisten sirujen rakentamiseen.

Ohjelmat muodostuvat itsenäisistä palasista

Myös perinteiset tietokonesovellukset täytyy ajatella uusiksi. Kognitiiviselle laskennalle on kehitetty ohjelmointiarkkitehtuuri, jossa laskentaa lähestytään aivojen näkökulmasta.
IBM:n mallissa ohjelmat muodostuvat yksinkertaisemmista osista, joita kutsutaan nimellä corelet. Ne ovat itsenäisiä yksiköitä, joita voidaan käyttää uudelleen eri tarkoituksissa.
Toiset ohjelmoijat eivät näe miten corelet toimii. Vain sen ulkoinen toiminta on näkyvissä. Näistä valmiista palasista voidaan kuitenkin koostaa suurempia kokonaisuuksia.
Ekosysteemin avuksi on myös luotu kirjasto, jossa näitä corelet-ohjelmia voidaan jakaa koko ekosysteemille. IBM:n mukaan kirjastossa on jo yli 150 corelet-ohjelmaa. Yhtiö on myös rakentanut simulaattorin, jolla tällaisia ohjelmia voi testata perinteisissä tietokoneissa.

Tavoite: aivojen näköinen tietokone

IBM:n pitkän aikavälin tavoite on rakentaa kognitiivinen tietokone, joka ainakin ulkomitoiltaan muistuttaisi ihmisen aivoja. Laitteen tilavuus olisi noin kaksi litraa. Tähän tilaan olisi pakattu kymmenen miljardia neuronia ja sata biljoonaa synapsia.
Laite veisi noin tuhat wattia virtaa, mikä on vähän verrattuna nykyisiin superkoneisiin. Hyötysuhteessa on kuitenkin vielä matkaa ihmisen aivoihin. IBM:n mukaan niille riittää vain noin 20 watin hehkulamppua vastaava energiamäärä.

---