В 2013 году для симуляции 1 секунды работы 1% человеческого
Мощность суперкомпьютеров нового поколения будет исчисляться в экзафлопсах, но при существующих программных решениях её хватит на симуляцию лишь 10% активности
Новый алгоритм симуляции призван помочь моделировать 100 миллиардов взаимосвязанных нейронов на экзафлопсных суперкомпьютерах, то есть «оцифровывать» нейроны в масштабах целого
«Прежде чем будет возможно симулировать нейронную сеть, нейроны и их связи должны быть созданы в виртуальной среде», – рассказывает автор исследования Сюзанна Кункель (Susanne Kunkel). В процессе симуляции 100 тысяч нейронов, представленных тем же количеством узлов сети, волна возбуждения от нейрона должна быть отправлена ко всем 100 тысячам узлов. Каждая из нодов оборудована процессорами для совершения вычислений. При получении сигнала они используются в том числе для того, чтобы проверить его релевантность – относится ли этот импульс к ней.
Каждому сигналу соответствует один бит информации на процессор для каждого нейрона сети. Для сети из миллиарда нейронов большое количество памяти нодов будет потрачено на проверку релевантности. С увеличением сети это количество растёт, так что для повышения в симуляции доли активности с 1% до 100% потребует увеличение памяти компьютеров в 100 раз. С 2014 года симуляции нейросетей с помощью NEST осуществлялись на K computer и JUGENE мощностью 10 петафлопс и 222 терафлопс соответственно. Будущие суперкомпьютеры станут мощнее, количество процессоров для вычислений вырастет, но объём памяти на процессор останется прежним.
Здесь пригодится новый алгоритм NEST. В начале симуляции он позволит нодам определить, какие данные о нейронной активности должны быть отправлены и куда. После того, как эта информация будет ясна, будет возможна отправка данных в адресном порядке. Это устранит необходимость обрабатывать бит данных каждому нейрону сети.
Программное обеспечение сегодня способно представить около 1% активности нейронов в коре головного
Исследователи уверены, что после оптимизации использования памяти главной задачей станет повышения скорости симуляции. Например, сегодня симуляция 0,52 миллиардов нейронов, объединённых 5,8 триллионами синапсов, на суперкомпьютере JUQUEEN занимает 28,5 минут на 1 секунду биологического времени. Новый алгоритм по подсчётам учёных сократит это время до 5,2 минут. «Комбинация экзамасштабного железа и нового программного обеспечения позволит исследовать фундаментальные функции
В одном из следующих релизов программного обеспечения от Neural Simulation Technology Initiative код окажется в свободном доступе для всего сообщества. Алгоритм позволит ускорить симуляции на существующих петафлопсных суперкомпьютерах, утверждают разработчики.
Кэндзи Доя (Kenji Doya), инженер и нейробиолог из Института Науки и Технологий Окинава, может стать одним из первых пользователей нового алгоритма: «Мы работали с NEST для симуляции комплексной динамики базальных ганглий здорового человека и при болезни Паркинсона на K computer. Мы рады услышать о новой версии NEST, которое позволит запустить симуляцию целого
Автор: Иван Сычев