Человеческий мозг внутри суперкомпьютера

12 June 2018

Недавняя новость о том, что в США запущен новый суперкомпьютер Summit c вычислительной мощностью в 200 петафлопс, снова поднимает старый вопрос: "А можно ли смоделировать внутри достаточно мощного цифрового компьютера полностью функциональную копию человеческого мозга?"

Скажу сразу: принципиально ничего невозможного или запрещённого законами природы в этом начинании нет. Однако реализация этой задачи может оказаться отнюдь не такой тривиальной, как просто "давайте уже забивать гвозди в мозг, коль у нас есть молоток в 200 петафлопс".

Для начала - немного о цифрах. 200 петафлопс - это 200 миллионов миллиардов операций в секунду, ну или 2 помноженное на 10 в семнадцатой степени. Напрямую перевести эту цифровую мощь в деятельность нашего мозга не получается - аналоговый "компьютер" у нас в голове действует по несколько иным принципам и алгоритмам, которые в чём-то отстают от цифровых "големов", но во многом их до сих пор объективно превосходят. Например, к точности и быстроте человеческого распознавания образов и речи компьютеры подобрались только за последние несколько лет, а процессы ассоциативного мышления, интуиции и инсайтов им пока и вовсе недоступны в какой-либо значительной мере и сегодня.

Тем не менее, именно путь эмуляции функций и принципов построения человеческого мозга в рамках компьютерной цифровой системы является сейчас магистральным и приносящим основные достижения. Успехи распознающих систем связаны в первую очередь с нейросетями - программно-аппаратными комплексами, которые могут, как и мы, хорошо обучаться на примерах. На низовом уровне это всё тот же детерминированный (строго определённый) цифровой компьютер, а вот на уровне самой программы - свободно эволюционирующая система, которая, подобно живой нервной сети нарабатывает определённые "условные рефлексы" в ответ на внешние раздражители.

При этом, что немаловажно, даже сами создатели сложной нейросети слабо контролируют и даже понимают процессы, творящиеся внутри неё. Так, ещё с лета 2015 года в сети разрастается скандал в связи с некорректной работой распознающей нейросети программы Google Photos. Это приложение, внутри которой работает самообучающаяся нейросеть, по каким-то внутренним причинам путает фотографии негров и обезьян, записывая и людей черной расы, и высших приматов в один и тот же класс "gorillas" (гориллы). Трёхлетние усилия разработчиков Google хоть как-то унять "цифрового расиста" пока что закончились ничем: из поиска по фотобанку Google просто исключили слова “gorilla”(горилла), “chimp”, “chimpanzee” (шимпанзе) and “monkey”(обезьянка), признав факт того, что "зайца научить курить" всё-таки проще, нежели переучить сложную нейросеть.

В силу вышесказанного можно понять, что процесс эмуляции функции человеческого мозга в цифровых компьютерах пока что осуществляется нами практически по шаблонам сериала "Мир Дикого Запада" (Westworld). Напомню, там "хозяева" парка, андроиды, (англ. hosts) принимали у себя "гостей"-людей (англ. guests), на основе реакций и поведения которых они и изменяли свои собственные поступки, чтобы, с одной стороны, создать у людей впечатление реальности, и, с другой стороны, подняться самим до уровня человеческого мышления и сознания. Определения host и guest, кстати, взяты именно из практики эмуляции - именно так обозначаются в ней базовая и надстраиваемая над ней система.

При этом успешные попытки эмуляции не просто систем человеческого зрения или слуха (что уже стало обыденностью), но и полной работы нашего мозга - уже история цифровой техники. Так, ещё в 2013 году на японском суперкомпьютере серии К была проведена полная эмуляция 1 секунды жизнедеятельности приблизительно 1% человеческого мозга. Учитывая тогдашние вычислительные мощности и алгоритмы, для этой секунды "мышления" внутри компьютера потребовалось 40 минут машинного времени, 82944 процессора суперкомпьютера (около 10,5 петафлопс вычислительной мощности) и 1 петабайт памяти.

Если экстраполировать данный эксперимент на нынешние мощности машины Summit, то получится, что для него даже в случае применения такой же программной эмуляции, как и в 2013 году в японском эксперименте, на такое "секундное мышление" уйдёт лишь 120 секунд или же 2 минуты машинного времени.

При этом нынешний рубеж в 200 петафлопс отнюдь не является каким-то физическим пределом. Даже само создание суперкомпьютера Summit скорее можно рассматривать, как ответ США на последние усилия Китая вырвать пальму первенства в создании суперкомпьютеров у Америки - предыдущая рекордная машина принадлежала как раз Китаю и имела мощность в 93 петафлопса.

Уже сейчас понятно, что эмуляция работы 100% человеческого мозга в "замедленном" режиме возможна будет на суперкомпьютерах следующего поколения с объёмом памяти около 100 петабайт и производительностью более 1 экзафлопса (1 экзафлопс = 1000 петафлопсов, всего лишь в пять раз больше, чем мощность Summit). Судя по росту вычислительной мощности, случится это уже лет через 5 максимум. А следующий принципиальный шаг, работа эмуляции мозга в "реальном" времени просто за счёт совершенствования технологической базы, станет доступна лет через десят-пятнадцать.

Так что, господа, не исключено, что где-то в нашем мире уже живёт (а точнее - умирает от смертельной болезни) не мифический, а реальный "Джеймс Делос", который решил профинансировать исследования "цифрового бессмертия".

В конце-концов, энергопотребление Summit сегодня составляет около 15 мегаватт. Ничего сверхуникального в нём нет - внутри этого монстра трудятся 27 000 чипов Nvidia, каждый из которых в реальной жизни отвечает в какой-нибудь бытовой видеокарте за вывод изображения на экран обычного монитора. 15 мегаватт мощности по нынешним оптовым расценкам будут стоить где-то 20 000 долларов в день. На перспективную машину "цифрового бессмертия" уйдёт, конечно, раз в пять больше. Но что такое даже 100 000 долларов в сутки в качестве платы за вечную жизнь? А там и "руки-ноги" подоспеют, чтобы наш Джеймс Делос не сошёл с ума в своей "цифровой консервной банке".