IBM NorthPole: чип, который работает как мозг и экономит энергию

Команда из Сан-Хосе представила процессор, который буквально перекраивает правила игры. NorthPole справляется с задачами вроде распознавания образов не просто быстрее, а гораздо экономнее. Секрет? Он избавлен от главной напасти современной электроники — постоянных походов за данными в дальнюю память.

Чип работает с нейронными сетями — многослойными цифровыми «мозгами». Представьте себе конвейер: нижний уровень обрабатывает сырые пиксели изображения, следующий улавливает контуры, а верхний уже уверенно заявляет: «Это кот!». Вся магия — в последовательном обнаружении закономерностей.

Прощай, «бутылочное горлышко»

Современные микросхемы отлично считают, но у них есть ахиллесова пята. Каждый раз, вычисляя слой нейросети, им нужно сбегать за инструкциями в отдельную оперативную память. Эта пробежка съедает время и колоссальное количество энергии. Ученые называют это «бутылочным горлышком фон Неймана» — наследием архитектуры 1940-х годов, где память и процессор были разведены по разные стороны баррикад.

Это главный тормоз для любых вычислений, особенно для ИИ. Дхармендра Модха, один из авторов проекта, приводит пугающую цифру: симуляция человеческого мозга по старым лекалам сожрет энергию дюжины ядерных реакторов. Не слишком ли расточительно для имитации того, что у нас в черепе работает от пары бутербродов?

NorthPole ломает эту парадигму. В его составе 256 ядер, и у каждого — своя собственная, встроенная память. Горлышко исчезает. Ядра соединены сетью, напоминающей проводящие пути белого вещества в нашем мозге. Это сочетание известных, но ранее не собранных вместе идей дало ошеломительный результат.

Чип не просто обогнал существующие аналоги в тестах на распознавание изображений. Он сделал это, потребляя в пять раз меньше энергии. И это при том, что его создавали не по самому передовому техпроцессу! Авторы уверены: если перенести дизайн на современные нормы производства, эффективность взлетит в 25 раз. Цифры, от которых кружится голова.

Идеален? Пока нет. Но будущее близко

Увы, даже у такого чуда есть пределы. Его 224 мегабайта встроенной памяти — ничто для гигантских языковых моделей вроде ChatGPT, требующих гигабайты данных. Кроме того, нейросеть для NorthPole нужно «обучать» на другой машине, а на чипе она лишь исполняется. Но представьте его в беспилотном автомобиле, где каждая миллисекунда на счету, — вот где он раскроется.

Подход IBM — не единственный на этом фронте. Ученые по всему миру атакуют проблему с разных сторон. Некоторые экспериментируют с мемристорами — элементами, которые совмещают память и вычисления. Другие, включая другую лабораторию IBM в Цюрихе, пытаются имитировать мозг еще радикальнее, меняя физическую структуру материала чипа для хранения данных. Правда, пока неясно, можно ли эти лабораторные диковинки превратить в массовый продукт.

NorthPole же — это практичный и мощный гибрид сегодняшнего дня. Он доказывает: чтобы двигаться вперед, иногда нужно не изобретать новую физику, а просто посмотреть на старую проблему под правильным углом. Согласитесь, это очень по-человечески.