SpiNNaker 2 ابرکامپیوتر سندیا با معماری نورومورفیک است که میلیون‌ها نورون را بدون نیاز به GPU یا حافظه ذخیره‌سازی خارجی شبیه‌سازی می‌کند.
به گزارش تکناک، آزمایشگاه‌های ملی سندیا (Sandia National Laboratories) به‌تازگی از فعال‌سازی نسخه‌ای پیشرفته از ابرکامپیوتر SpiNNaker 2 خبر داده‌اند. این سامانه محاسباتی نوآورانه برخلاف کامپیوترهای رایج در حوزه هوش مصنوعی، نه به کارت‌های گرافیک قدرتمند (GPU) متکی است و نه از حافظه‌های ذخیره‌سازی سنتی نظیر هارد دیسک یا SSD استفاده می‌کند.
این معماری کاملاً نوآورانه که از ساختار عملکرد مغز انسان الهام گرفته، با هدف افزایش بهره‌وری در پردازش مدل‌های نورونی و زیستی توسعه یافته است. ابرکامپیوتر SpiNNaker 2 سندیا بدون نیاز به GPU یا حافظه ذخیره‌سازی، می‌تواند میلیون‌ها نورون زیستی را شبیه‌سازی کند. طبق اعلام وبسایت Blocks and Files، این ابرکامپیوتر اکنون در میان پنج سامانه برتر جهان در حوزه رایانش نورومورفیک یا زیست‌الهام قرار دارد و قابلیت شبیه‌سازی هم‌زمان بین ۱۵۰ تا ۱۸۰ میلیون نورون را داراد.
فهرست مطالب
معماری SpiNNaker 2؛ مغز مصنوعی در قامت سیلیکون
تامزهاردور می‌نویسد که ابرکامپیوتر SpiNNaker 2 سندیا که نام کامل آن Spiking Neural Network Architecture 2 است، نوعی معماری کامپیوتری نورومورفیک (Neuromorphic Computing) محسوب می‌شود که با الگوبرداری از رفتار واقعی نورون‌ها و سیناپس‌ها در مغز انسان طراحی شده است. این معماری به‌جای تمرکز بر توان خام پردازشی (Brute-force performance)، بر بازدهی عملیاتی و بهره‌وری انرژی تأکید می‌کند.
هر برد در این سامانه به ده‌ها پردازنده ARM مجهز است که در قالب شبکه‌ای پیچیده و پرسرعت با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. این طراحی موجب شده است تا ابرکامپیوتر SpiNNaker 2 بتواند به‌طور کاملاً بومی الگوهای پردازشی مغز را شبیه‌سازی کند؛ آن هم بدون نیاز به GPU یا سیستم‌های ذخیره‌سازی خارجی.
جزئیات سخت‌افزاری و معماری سیستم
نسخه استفاده‌شده در ابرکامپیوتر جدید سندیا شامل ۲۴ مادربرد است که در‌مجموع ۱۷۵ هزار هسته پردازشی مبتنی‌بر ARM را در اختیار دارد. هر برد از ۹۶ گیگابایت حافظه رم LPDDR4 بهره می‌برد و مجموع حافظه سیستم به ۲/۳ ترابایت می‌رسد.
افزون‌بر آن، این سامانه ۲۳ گیگابایت فضای ذخیره‌سازی SRAM دارد که برای ذخیره‌سازی سریع داده‌ها بدون نیاز به دیسک یا درایو کافی تاست. نکته مهم این است که تمام اطلاعات مورد نیاز پردازشی به‌صورت دائمی در همین حافظه‌های داخلی ذخیره می‌شود و سیستم هیچ‌گونه وابستگی به فضای ذخیره‌سازی خارجی ندارد.
پیشرفتی عظیم در مقایسه با نسل نخست
SpiNNaker 2 در مقایسه با نسخه اولیه خود (SpiNNaker 1) با ارتقاهای عمده‌ای همراه بوده است. تعداد هسته‌های پردازشی آن بیش از ۱۰ برابر افزایش یافته است و اکنون از فناوری ساخت پیشرفته ۲۲ نانومتری FD-SOI (با نام 22FDX) بهره می‌برد. همچنین، قابلیت‌هایی همچون تنظیم خودکار ولتاژ و فرکانس (DVFS) و بایوس بدنه تطبیقی برای عملکرد در ولتاژهای نزدیک به آستانه و رابط‌های تراشه به تراشه بسیار پرسرعت در آن گنجانده شده است. این بهبودها موجب افزایش چشمگیر بهره‌وری انرژی و مقیاس‌پذیری سامانه شده‌اند.
کاربردهای علمی و مقیاس‌پذیری عالی
ازجمله توانمندی‌های برجسته ابر کامپیوتر SpiNNaker 2 سندیا می‌توان به شبیه‌سازی مغز انسان، مدل‌سازی شبکه‌های عصبی زیستی، پردازش مدل‌های هیبرید هوش مصنوعی و اجرای سیستم‌های محاسباتی پیچیده با مصرف انرژی بسیار کم اشاره کرد.
این سامانه نه‌تنها می‌تواند هم‌زمان میلیون‌ها نورون شبیه‌سازی‌شده را اجرا کند؛ بلکه می‌تواند با افزودن مادربردهای بیشتر به‌راحتی توسعه یابد. به‌عنوان نمونه، پروژه‌ای مشابه در شهر درسدن آلمان در حال ساخت است که هدف آن دستیابی به ساختاری با بیش از ۷۲۰ مادربرد و بیش از ۵/۲ میلیون هسته پردازشی است.
نگاهی به آینده رایانش با الهام از زیست‌شناسی
فعال‌سازی SpiNNaker 2 در سندیا را می‌توان نقطه عطفی در مسیر تحول رایانش توصیف کرد؛ تحولی که در آن معماری کامپیوترها به‌جای شبیه‌سازی خطی و سنتی، از پیچیدگی‌ها و کارایی مغز انسان الگو می‌گیرد. این مسیر می‌تواند راه را برای توسعه هوش مصنوعی واقعی و مدل‌سازی مغز در مقیاس کامل و رایانش کم‌مصرف در حوزه‌های نظامی، پزشکی، رباتیک و علوم اعصاب هموار کند.
در دنیایی که پردازش داده‌های عظیم و شبیه‌سازی‌های پیچیده نیازمند انرژی سرسام‌آور است، SpiNNaker 2 نویدبخش نسلی تازه از ابرکامپیوترهایی است که با ساختاری الهام‌گرفته از مغز، آینده‌ای پایدارتر و هوشمندتر را رقم می‌زنند.
