(poza biologiczne ograniczenia) fantazja czy rzeczywistość ?

Prezentacja na temat: "(poza biologiczne ograniczenia) fantazja czy rzeczywistość ?"— Zapis prezentacji:

1 (poza biologiczne ograniczenia) fantazja czy rzeczywistość ?
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 Kamiński Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej

2 Mózg homo sapiens sapiens najbardziej złożony układ Wszechświata
Mózg homo sapiens sapiens najbardziej złożony układ Wszechświata? miliardów neuronów miliardów synaps

3

4

5

6 MODEL KOMPARTMENTOWY

7

8 (komórki Purkinjego) Erik de Schutter: 1998-2003 Użyto:
Wierny model neuronu (komórki Purkinjego) Erik de Schutter: Użyto: 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

9

10 PROJEKT BLUE BRAIN Politechnika Lozańska, Brain Institute
Henry Markram

11 Faza I: struktury mikrokolumnowe kory nowej szczura („in silico”)
Model zawiera: morfologicznie złożonych neuronów i dynamicznych synaps Symulacja kolumn z aktywnością zbliżoną do rzeczywistej („in vitro”)

12 faza I: kora nowa myszy kanał jonowy neuron kompartment 350/neuron
•~1mm3 •6 warstw •> 50 klas morfologicznych •~340 typów morfologiczno- elektrycznych •~200 typów kanałów jonowych • neuronów •18 typów synaps • synaps 20/kompartment synapsa 3000/neuron

13 Kora nowa szczura BBP: faza I – „in silico” vs „in vitro” in silico

14 ZŁOŻONOŚĆ OBLICZENIOWA
8192 procesorów 2TB współdzielonej pamięci 22.4 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.

15 Mira superkomputer (786 432 rdzeni, 8,26 pflops) projekt IBM
                                Mira superkomputer (786 432 rdzeni, 8,26 pflops) projekt IBM symulacja strukturalna mózgu homo sapiens

16 IBM Research w Almaden Lawrence Berkeley National Lab, pierwsza symulacja kory mózgu w czasie rzeczywistym 1 miliard aktywnych neuronów 10 miliardów pojedynczych uczących się synaps

17 Human Brain Project Henry Markram EC: 109 € 4-skrzyniowy Blue Gen
~10 tysięcy rdzeni ~10^13 Flops (~10 TFlops) ~10^12 B RAM (TBytes) 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 sapiens 100 miliardów (10^11) neuronów ok. miliona miliardów (10^15) synaps X Peta-HPC ~1 miliona rdzeni ~10^15 Flops (1 PFlops) ~10^14 B RAM (~100TB) 1 000 X Exa-HPC ~10^18 Flops (EFlops) ~10^17B RAM (~100PB)

18 „apetyt” na moce obliczeniowe
„ZROZUMIEĆ” MÓZG „apetyt” na moce obliczeniowe pożądane 10^23 10^ EFlops s czasu biologicznego = pół dnia obliczeń symulowanie wybranych właściwości mózgu 10^ ZFlops s czasu biologicznego = kilka s obliczeń symulacja plastyczności całego mózgu 10^ ZFlops rok czasu biologicznego = 1 dzień obliczeń symulacja aktywności całego mózgu personalizacja modelu mózgu

19 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-Packard IBM Research (Dharmendra Modha)

20 element podstawowy (faza I, , 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

21 układ wielomodułowy (faza III, , 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 …

22 „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 …

23 Dziękuję za uwagę