Американский ИТ-гигант IBM недавно представил характеристики своего нового чипа NorthPole. Считается, что этот чип способен преодолеть «узкое место фон Неймана», являющееся основной проблемой большинства современных процессоров. Чип отличается не только повышенной производительностью, но и превосходной энергоэффективностью.

В 2014 году IBM представила процессор TrueNorth, вдохновленный человеческим мозгом. С тех пор компания удвоила усилия, чтобы создать NorthPole, который может похвастаться непревзойденной производительностью. Как и его предшественник, он основан на нейронных сетях, каждая вычислительная единица (нейрон) которых представляет собой многослойную структуру. Первый слой получает исходные данные (пиксели), затем средние слои обрабатывают эту информацию, после чего выходной слой выдает конечный результат.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Science, новый процессор претендует на то, чтобы быть намного быстрее других чипов, представленных в настоящее время на рынке, особенно в распознавании изображений. Утверждается, что его скорость в четыре тысячи раз выше, чем у TrueNorth. Также утверждается, что NorthPole в 25 раз более энергоэффективен.

Преодоление узкого места фон Неймана

Своим быстродействием IBM NorthPole обязан своей архитектуре, в которой объединены вычислительный блок и блок памяти (RAM). В большинстве компьютерных архитектур эти два компонента представляют собой два отдельных элемента, причем память часто является внешней. Это означает, что каждый раз, когда процессору требуется информация, он должен обратиться к памяти и дождаться ее поступления, прежде чем продолжить вычисления. Это время передачи данных, как правило, замедляет процесс обработки. Это время ожидания известно как «узкое место фон Неймана», названное так в честь математика и пионера компьютерной техники Джона фон Неймана.

Чтобы обойти эту проблему, компания NorthPole физически объединила два компонента. Чип состоит из 256 вычислительных блоков, каждый из которых содержит свой блок памяти. Новая архитектура означает, что каждое вычислительное ядро может легко получить доступ к любому блоку памяти на чипе, независимо от того, находится ли он вблизи или вдали.

В ходе испытаний исследователям удалось продемонстрировать, что такая оптимизация позволила процессору быстрее запускать систему искусственного интеллекта для распознавания изображений. Скорость была в 22 раза выше, чем у других процессоров. NorthPole даже более эффективен, чем новейшие чипы NVIDIA.

Помимо быстродействия, чип IBM отличается энергоэффективностью. В других процессорах непрерывный поток данных между памятью и процессором потребляет энергию. NorthPole, объединяя эти два процесса, минимизирует эту необходимость, тем самым снижая энергопотребление.

Возможные области применения и ограничения NorthPole

Чип NorthPole обладает огромным потенциалом для приложений, требующих высокоскоростных вычислений, в том числе для таких устройств, как автономные транспортные средства, безопасность и эффективность которых зависит от быстрой обработки информации.

Однако у каждой технологии есть свои пределы. Данный процессор IBM, несмотря на свои достижения, не подходит для некоторых приложений, в том числе для обучения искусственному интеллекту. Его возможности ограничены выполнением ранее обученных нейронных сетей. Более того, когда речь идет об управлении большими моделями, он может столкнуться с трудностями. Тем не менее команда IBM настроена оптимистично и предвидит возможность объединения нескольких чипов NorthPole для работы с такими большими моделями. Что касается доступности на рынке, то в ближайшем будущем NorthPole, скорее всего, не появится на рынке.