Электронный мозг

Илья Разумов (razumov@inbox.ru)

Спецвыпуск: Хакер, номер #055, стр. 055-008-1

Нейрокомпьютинг стремительно развивается и приносит свои плоды. На сегодняшний день в мире функционируют более 50-ти нейрокомпьютеров. О том, как работают нейронные компьютеры и где они используются, читай в этой статье.

Шестое поколение

Нейрокомпьютеры относятся к шестому поколению электронно-вычислительных машин. Примечательно, что проект создания пятого поколения оказался провальным: попытку создания новой архитектуры персонального компьютера с использованием языков логического программирования не спасла даже весьма существенная финансовая поддержка. Поэтому можно считать, что нейрокомпьютеры держатся молодцом: количество подобных машин, запущенных в промышленную эксплуатацию, превышает полсотни, а их разработка ведется в подавляющем большинстве развитых стран.

Несмотря на то, что реальное применение нейросетей началось относительно недавно, нейрокомпьютингу как научному направлению пошел седьмой десяток лет, а первый нейрокомпюьтер был построен в 1958 году. Разработчиком машины был Фрэнк Розенблатт, который подарил своему детищу имя Mark I. Теория нейросетей впервые была обозначена в работе МакКаллока и Питтса в 1943 году. Ученые утверждали, что, в принципе, любую арифметическую или логическую функцию можно реализовать с помощью простой нейронной сети. Впрочем, спустя некоторое время после выхода первого нейрокомпьютера энтузиазм многих исследователей угас из-за выхода работы ученых Минского и Пейперта, в которой была доказана ограниченность возможностей простейшего перцептрона, использованного в Mark I. Интерес к нейрокомпьютингу вновь вспыхнул в начале 80-х годов и был подогрет новыми трудами по многослойным перцептронам и параллельным вычислениям.

Итак, что же такое нейрокомпьютер? Если искать ответ на этот вопрос, то можно погрузиться и в математическую статистику, и в математическую логику, вычислительную технику и даже медицину. Каждая из этих наук дает свое собственное определение нейрокомпьютера. Для статистики это вычислительная система, автоматически формирующая описание характеристик случайных процессов или их совокупности, имеющих сложные, часто изначально не известные функции распределения. Логика понимает нейрокомпьютер как вычислительную систему, алгоритм работы которой представлен логической сетью элементов частного вида - нейронов, с полным отказом от булевых элементов типа И, ИЛИ, НЕ. Для нас же интереснее всего то, как нейрокомпьютер определяет для себя вычислительная техника. Итак, нейрокомпьютер - это вычислительная система с MSIMD-архитектурой (Multiple Single Instruction Multiple Data), в которой процессорный элемент однородной структуры упрощен до уровня нейрона, резко усложнены связи между элементами и программирование перенесено на изменение весовых коэффициентов связей между вычислительными элементами.

Сложно? Зато суть передана точно. Нейрокомпьютеры состоят из множества работающих параллельно простых вычислительных элементов, которые называют нейронами. Нейроны образуют так называемые нейросети, о которых ты подробно можешь почитать в соответствующей статье этого номера. Высокое быстродействие нейрокомпьютеров достигается именно за счет огромного количества нейронов. Вообще, основная идея нейрокомпьютинга была позаимствована из биологии. Нервная система человека состоит из отдельных клеток - нейронов, количество которых в мозге достигает 1012, притом что время срабатывания нейрона - всего 3 мс. Каждый нейрон выполняет довольно простые функции, но так как он связан в среднем с 1 – 10 тыс. других нейронов, такой коллектив успешно обеспечивает работу человеческого мозга. Именно по такому принципу построены нейрокомпьютеры.