S Z T U C Z N Y M Ó Z G (poza biologiczne ograniczenia)
fantazja czy rzeczywistość ?
VII Sympozjum Fizyka w Ekonomii i Naukach Społecznych Lublin, 13 maja 2013
Wiesław Andrzej KamińskiUniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej
Mózg homo sapiens sapiens najbardziej złożony układ Wszechświata? 100 miliardów neuronów 1 000 000 miliardów synaps
MODEL KOMPARTMENTOWY
Wierny model neuronu (komórki Purkinjego) Erik de Schutter: 1998-2003Użyto:• modelu Hodgkina-Huxleya
•1600 kompartmentów•8021 modeli kanałów jonowych•10 typów różnych kanałów jonowych zależnych od napięcia•32000 równań różniczkowych•19200 dostrajanych parametrów •Opisu morfologii zrekonstruowanej
za pomocą mikroskopu
PROJEKT BLUE BRAIN
Politechnika Lozańska, Brain Institute
Henry Markram
Faza I: struktury mikrokolumnowe kory nowej szczura („in silico”)
Model zawiera: 10 000 morfologicznie złożonych neuronów i 30 000 000 dynamicznych synapsSymulacja kolumn z aktywnością zbliżoną do rzeczywistej („in vitro”)
•~1mm3•6 warstw•> 50 klas morfologicznych•~340 typów morfologiczno- elektrycznych•~200 typów kanałów jonowych•10 000 neuronów•18 typów synaps•30 000 000 synaps
neuron
kompartment
350/neuron
kanał jonowy
20/kompartment
synapsa
3000/neuron
faza I: kora nowa myszy
in silicoin vitro in silico
in vitro
BBP: faza I – „in silico” vs „in vitro”
Kora nowa szczura
8192 procesorów2TB współdzielonej pamięci22.4 TFlop (w piku)
• Dedykowane algorytmy tworzenia połączeń
międzyneuronalnych: typowo 8000 procesów. • Symulacje sieci neuronów: typowo 8192 procesów. • Algorytmy ewolucyjne dostrajające tysiące
modelowanych neuronów do danych „in vitro”: typowo 2048 procesów.
ZŁOŻONOŚĆ OBLICZENIOWA
Mira superkomputer (786 432 rdzeni, 8,26 pflops)projekt IBMsymulacja strukturalna mózgu homo sapiens
IBM Research w AlmadenLawrence Berkeley National Lab, pierwsza symulacja kory mózgu w czasie rzeczywistym1 miliard aktywnych neuronów10 miliardów pojedynczych uczących się synaps
20 000 X
1 000 X
Kolumna kory nowej szczura: 10 tysięcy (10^4) neuronów 30 milionów (10^7) synaps
Human Brain Project Henry Markram EC: 109 € Mózg szczura:200 milionów (10^8) neuronów 100 miliardów synaps
Mózg homo sapiens sapiens100 miliardów (10^11) neuronówok. miliona miliardów (10^15) synaps
4-skrzyniowy Blue Gen~10 tysięcy rdzeni~10^13 Flops (~10 TFlops)~10^12 B RAM (TBytes)
Peta-HPC~1 miliona rdzeni~10^15 Flops (1 PFlops) ~10^14 B RAM (~100TB)
Exa-HPC~10^18 Flops (EFlops) ~10^17B RAM (~100PB)
„ZROZUMIEĆ” MÓZG„apetyt” na moce obliczeniowe
pożądane 10^23
10^18 EFlops 1 s czasu biologicznego = pół dnia obliczeń symulowanie wybranych właściwości mózgu
10^21 ZFlops 1 s czasu biologicznego = kilka s obliczeń symulacja plastyczności całego mózgu
10^23 100 ZFlops 1 rok czasu biologicznego = 1 dzień obliczeń symulacja aktywności całego mózgu personalizacja modelu mózgu
Projekt SyNAPSE (DARPA)
SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics)
cel: stworzenie technologii elektronicznej neuromorfologii o skali elementarnej struktury biologicznej mózgu
nowy typ neurokomputera o funkcjach i architekturze mózgu zwierząt i ich inteligencji (szczura, kota, człowieka).
HRL Laboratories Hewlett-PackardIBM Research (Dharmendra Modha)
• element podstawowy (faza I, 2008-2011, 16 mln $):
elektroniczne synapsy (skala nanometrowa) dostosowujące siłę połączeń (plastyczność neuronalna)
• integracja w chipie (faza II, do końca 2014 r.):
podstawowy moduł (powtarzalny) architektura z 1 mln neuronów i 1-10 mld synaps/cm3
• układ wielomodułowy (faza III, 2013-2020, 200 mln $):
moduły o określonej funkcjonalności połączone w układ („mózg”) (skala makroskopowa)
100 mld neuronów 1-10 milionów mld synaps objętość: 2 litry
I jeszcze Brain Initiative (USA, 108$, 2014)I jeszcze …
„ZROZUMIEĆ” MÓZG
• nowe narzędzie do „przekraczania granic”: modele mózgu i symulacje
• możliwość eksperymentowania na poziomie genetyczno-informacyjnym
• sztuczna ewolucja inteligencji: • kolejne generacje mózgu mózg szczura, mózg homo sapiens …
Dziękuję za uwagę
Top Related