СОЗДАНИЕ СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ НА ОСНОВЕ

СОЗДАНИЕ
СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ
НА
ОСНОВЕ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
Цветкова Л.А., с.н.с. Отделения научно-технического
прогнозирования в области биомедицины ЦНИИОИЗ
Минздрава России
По прогнозам европейских аналитиков, драйверами
экономического роста в мировой экономике 2020-2030 –х гг.
наравне с областью разработки новых лекарственных средств
для лечения заболеваний головного мозга будет создание суперкомпьютеров на основе
человеческого интеллекта (доклад по проекту Human Brain Project (проект «Головной мозг
человека»).
Национальный исследовательский совет (NRC) США в докладе «Emerging
Cognitive Neuroscience and Related Technologies» (Новые когнитивные нейронауки и
связанные
технологии)
утверждает,
что
по-настоящему
интеллектуальные
«искусственные когнитивные системы» (ИКС), способные к самостоятельному обучению
и познанию, могут быть созданы в любой из развитых стран Америки, Европы или Азии в
ближайшие десять лет» 1.
Подробнее………….
Уже сейчас с осознанием перспективности данного направления в Европе и США
запущенны специальные программы исследований в данной области. Основными
зарубежными проектами создания ИКС являются европейские проекты Blue Brain
Project/Human Brain Project, американская инициатива BRAIN, проект «Siri» корпорации
Apple, проект IBM DeepQA «Watson», канадский проект «Spaun», японские проекты JST,
проект нейросетевого искусственного интеллекта и использующих его роботов компании
Google, и др. Указанные выше Human Brain Project и BRAINInitiative ставят своей задачей
объединить усилия большого количества мировых ученых с целью создания технических
основ для новой модели информационно-коммуникационных технологий, основанных на
исследованиях головного мозга. В данных проектах предполагается интеграция данных и
знаний из различных дисциплин, что будет способствовать более быстрому достижению
намеченных планов для понимания структуры и функций головного мозга, созданию
новых лекарств для лечения заболеваний нервной системы и новых компьютерных
технологий на основе интеллекта.
1
2008: 97 Emerging Cognitive Neuroscience and Related Technologies. Washington, DC: The National
Academies Press, 2008.
Создание элементной базы ИКС на основе обучаемых наноматериалов ведется по
программе DARPA «SyNAPSE» и в рамках проекта IBM «Создание когнитивного
компьютера на базе синаптроники и суперкомпьютеров» («C2S2») в результате которого
по прогнозу IBM появятся новый класс технологий и новые отрасли промышленности.
В России в 2013 г. также был запущен подобный проект под названием
«Искусственные когнитивные системы», который возглавляет В.А. Филиппов. Проект
реализуется
Тюменским
государственным
университетом
и
ООО
«Тюменских
ассоциативных систем объединением» (ТАСО).
В настоящее время в отрасли информационных технологий намечается переход к
новой технологической парадигме. В основу всех существующих с 1940-х гг.
компьютеров заложена архитектура с разделенными процессом обработки информации и
памятью.
Основным
ограничением
такой
системы
является
неспособность
к
самостоятельному освоению и синтезу нового знания. Сегодня, в результате прогресса
нейронаук, роста производительности
суперкопьютеров и появления обучаемых
наноматериалов начался переход к новой архитектурной парадигме – ассоциативным
искусственным когнитивным системам, способным к самообучению и синтезу нового
знания
путем
ассоциативной
рекомбинации
полученной
информации.
Под
«искусственными когнитивными системами» (ИКС) здесь понимаются технические
системы, способные к познанию и поведению для решения существующих проблем в
условиях реального мира, включая распознавание образов, понимание смысла и
контекстуального значения информации, мышление, самостоятельное усвоение знаний из
различных источников, обучение, а в необходимых случаях – субъективную оценку
информации. Базовой технологией реализации ИКС являются нейроморфные (подобные
организации живой нервной системы), кортикоморфные (подобные организации коры
головного мозга) искусственные нейросети и генноморфные (подобные генетическим и
эпигенетическим
механизмам
организмов)
алгоритмы
управления
развитием
и
размножением таких систем. ИКС будут созданы на всех видах платформ: в виде
специализированных систем на базе суперкомпьютеров, в виде распределенных систем в
глобальных и корпоративных компьютерных сетях, в виде автономных технических
устройств и роботов, в виде систем
управления крупными технологическими
комплексами и соединениями, в виде микросистем и нанокомплексов, а также в виде
киберорганических систем. Для всех этих платформ существуют два основных способа
реализации ИКС – в виде программ на базе суперкомпьютеров и в виде аппаратных
устройств и роботов на основе обучаемых наноматериалов. Важнейшее значение для
создания ИКС имеет построение в параллельной программной среде моделей
кортикальных колонок и коры мозга – решение задачи кортикального процессинга.
В
основе
российского
проекта
«Искусственные
когнитивные
системы»
одноименного Центра прорывных ИТ-исследований лежат разработанные компанией
ТАСО технологии кортикоморфных нейросетей, кибергеномики и программные средства
построения сверхбольших нейрогенетических сетей, а также технологии создания
твердотельных
мемристорных
микросхем.
Они
представлены,
опубликованных работах (2 ;3 ) и на сайте taso.pro
4
в
частности,
в
. Проект открыт для участия
российских и зарубежных исследователей.
Когнитивная революция и создание Нейронета
В ближайшие 10-20 лет прогнозируется наступление когнитивной революции. Мы
станем свидетелями появления Нейронета – следующей стадии коммуникационных
технологий, Интернета 4.0, который вовлекает наши физические тела и разумы в единую
коммуникацию через интерфейсы «мозг-компьютер» и «мозг-мозг», поддерживаемые
искусственным интеллектом и семантическими технологиями. Ключевые технологии,
которые предшествуют нейронету. будут доступны около 2020 г. Немалый вклад в их
развитие внесет направление оптогенетики.
Между 2025 и 2030 гг., как ожидается, произойдет когнитивная революция , в
рамках которой технологии Нейронета вызовут радикальные изменения в человеческой
самоиндентификации, индивидуальном и коллективном сознании, и в самых разных
областях экономики, культуры и общественной жизни.
Учитывая кардинальные изменения, которые принесет Нейронет, важно и крайне
необходимо уже сейчас определить будущую архитектуру Нейронета и принципы его
проектирования, а также программы НИОКР, которые приведут к появлению
коммерчески оправданных технологий.
В Сколково предлагают создать международную рабочую группу (Совет
Нейронета),
которая
разработает
элементы
концепции
Нейронета
и
сможет
Филиппов В.А. Биологически правдоподобные модели обработки сигналов нейроном. В книге:
Александров Ю.И., Анохин К.В., Безденежных Б.Н., Гарина Н.С., Греченко Т.Н., Латанов А.В.,
Палихова Т.А., Савельев С.В., Соколов Е.Н., Тушмалова Н.А., Филиппов В.А., Черноризов А.М.
Нейрон. Обработка сигналов. Пластичность. Моделирование. Под ред. Е.Н. Соколова, В.А
Филиппова, А.М. Черноризова. – Тюмень: Издательство ТюмГУ, 2008. – C. 512-534.
2
Филиппов В.А. Кортикоморфная нейросетевая архитектура, моделирование консолидации следа
памяти и кибергеномика – перспективные технологии разработки искусственных когнитивных
систем // Научная сессия НИЯУ МИФИ – 2010. Материалы избранных научных трудов по теме:
«Актуальные вопросы нейробиологии, нейроинформатики и когнитивных исследований». М.:
НИЯУ МИФИ, 2010. – С. 111-144.
3
4
http://www.taso.pro
консолидировать усилия различных бизнесов и общественных организаций в направлении
общей цели.
Предполагается, что развитие Нейронета будет происходить стремительно . Так к
2020 г. станут доступны следующие технологии. Широко распространятся носимые
биометрические устройства, данные получаемые с этих устройств, активно будут
использоваться в здравоохранении и играх, направленных на изменение поведения.
Нейромаркетинг через BigLiveData сформирует цифровые модели индивидуального
поведения. Начнется применение биометрии в образовании: обучение будет строиться с
учетом биометрических данных, биометрия будет использоваться для обучения
управлению состояниями сознания. Широко распространятся протезы, контролируемые
напрямую нервной системой. Возникнет семантический Интернет. Появятся интерфейсы
мозг-компьютер, построенные на моделях естественной вербальной и невербальной
коммуникации.
К 2030 г. ожидается появление
на рынке первых массовых решений для
Нейронета. Для поддержания интеллектуальной и физической активности будут
использоваться
искусственные
агенты.
Будут
разработаны
персонализированные
лекарства для усиления функций головного мозга. В качестве основной формы
образования будет выступать персонализированное обучение на протяжении всей жизни с
использованием компьютерных менторов. Повсеместно будут использоваться домашние
роботы и Интернет вещей, широко распространяться реалистические виртуальные меры и
дополненная реальность.
Рис. 1 - Глобальные тренды, ведущие к нейронету: растущая социальная и
технологическая сложность (Источник: NeuroWeb Foresight Results vMar2014)5
На рисунке 1
приведены глобальные тренды, способствующие развитию
Нейронета.
Предполагается, что к 2040 г. Нейронет займет 40-50 % коммуникаций
человеческого Интернета, организации и сети будут вынуждены перестраивать свои
процессы под решения Нейронета, широко распространяться персонализированные
искусственные интеллекты человеческого уровня, поддерживающие повседневную
деятельность людей.
5
NeuroWeb
Foresight
Results
vMar2014
(Russian
version)
http://www.slideshare.net/PavelLuksha/neuroweb-foresight-results-vmar2014-russian-version