вычислительная мощность мозга человека
О лживых постах в ВК или сколько операций в секунду выполняет мозг человека
На написание этой статьи меня побудил пост одного из популярных пабликов ВКонтакте, в котором дословно было следующее: «Человеческий мозг в состоянии выполнять 1016 операций в секунду. Это значит, что его мощность до сих пор выше, чем мощность любого существующего на сегодняшний день компьютера.». Я разобрался кто круче, мозг, или компьютер.
Для начала разберемся, что это за операции в секунду, какова мощность вашего настольного компьютера, и какова мощность самого супермегапапского компа на планете.
Для измерения вычислительной мощности компьютеров используется единица измерения, называемая флопс (flops, flop/s). Флопс показывает, сколько операций с плавающей запятой выполняет компьютер за одну секунду. Кроме того, для измерения вычислительной мощности используется такое понятие, как тактовая частота. Тактовая частота процессора показывает, какое количество основных операций выполняет процессор в секунду, и измеряется в герцах. Основная операция, выполняемая процессором, может включать в себя множество операций с плавающей запятой, поэтому результаты измерения в флопсах и герцах различаются. Если вы найдете у себя на рабочем столе иконку «Мой компьютер», кликните по ней правой копкой мыши, в выпадающем меню откроете свойства, то истина для вас откроется. Найдите в открывшемся окне заголовок «Ситема», и там, напротив слова «процессор» будет указана тактовая частота вашего процессора. Скорее всего она будет иметь такой вид: «2.10 GHz». Число может незначительно отличаться. Так вот, 1 GHz — это 1000000000 герц, или один миллиард операций в секунду. Из этого следует, что при тактовой частоте 2.10 гигагерца проц выполняет 2100000000 операций в секунду. Это конечно побольше, чем 1016. При измерении в флопсах число возрастет в несколько раз.
Идем дальше. Суперкомпьютер Titan компании Cray inc. имеет приблизительную вычислительную мощность 20 петафлопс. 1 петафлопс равен 10^15 флопс. Можете сами подсчитать, какое получится число и сколько у него нулей. Как сказал один поэт: «Это ж долбануться. »
Теперь о головном мозге. Тут все не так просто, как с компьютерами. На современном этапе развития нейробиологии довольно трудно подсчитать вычислительную мощность мозга, и сравнить его с компьютером. Однако и так понятно, что мы не можем выполнять те же операции, что выполняет наш ноутбук с такой же скоростью и в таких же объемах. Очевидно, что комп мощнее, да? А вот и нет.
Давайте разберемся подробнее, как он работает.
Мозг — это биологическая нейронная сеть. Нейронная сеть состоит из нейронов, (в случае с мозгом — это клетки мозга), каждый из которых связан с другими нейронами. Место связи нейронов называется синапсом. Через синапс от одного нейрона передается химический или электрический импульс другому нейрону. Количество нейронов в головном мозге человека примерно равно 100000000000 (ста миллиардам). Данные в из разных источников немного различаются, но в целом картина схожа. Каждый из этих нейронов имеет от 7000 до 10000 синапсов. В среднем, через один синапс проходит 10 импульсов в секунду, т.е. мы имеем тактовую частоту 10 герц на одну синоптическую связь. А теперь занимательная математика: 100000000000 нейронов мы умножаем на 10000 их синоптических связей и умножаем все это на 10 герц. Мы получаем число с шестнадцатью нолями после единицы, а иначе 10^16. Так вот откуда взялось загадочное число 1016. Видимо оно просто трансформировалось в ходе бесконечного перепоста из паблика в паблик. И оказывается, что наш мозг имеет бОльшую вычислительную мощность, чем суперкомпьютер Titan. В конечном итоге автор поста о 1016 операциях в секунду был прав.
Производительность мозга, или когда ждать ИИ
Немного позанимаемся арифметикой и пофантазируем о производительности нашего мозга и о том, когда же нам ждать Искусственный Интеллект.
На этот пост меня натолкнула любопытная табличка из одного научного исследования о методиках эмуляции мозга.
Как видно, оценки максимально достижимых вычислительных способностей мозга разнятся в диапазоне от 10^16 FLOPS (десять в 16-ой степени), если считать по количеству синапсов и нейронов, до 10^28 FLOPS, если брать в расчет микротрубочки или даже отдельные протеины в клетке.
Вторая оценка кажется избыточной — протеины и технические элементы клетки достаточно несвободны в своих действиях, и их поведение сравнительно тривиально детерминировано. Но и нижняя оценка в 10^16 может быть недостаточной — некоторые процессы в клетках и синапсах могут носить сложный характер, так что 2-4 порядка добавить вполне можно.
Конечно, не весь мозг занимается именно мыслительной деятельностью, есть зоны ответственные за другие процессы — такие как движение, например. Но можно говорить достаточно уверенно, что мышление в общем смысле занимает большую часть мозга.
Т.е. можно рассчитывать на цифру 10^18 — 10^20 FLOPS.
Реально достижимая сегодня производительность суперкомпьютеров — 10^17 FLOPS. Т.е. на 1-3 порядка меньше теоретически вычисленной производительности мозга.
При этом процессоры и нейронные связи в мозгу построены на несколько разных архитектурах. В некоторых задачах лучше одна архитектура, в некоторых другая. Например, в шахматы люди проигрывают компьютеру уже на мощностях компьютера в 10^13 FLOPS и ниже.
Нейроподобные вычислительные структуры более эффективны при работе со сложными структурами, где прямой перебор неэффективен из за большой емкости вычислений — изображение, звук, работа с языком и смыслом.
AlphaGO выиграла у человека в GO на мощностях порядка 10^15FLOPS, пользуясь архитектурой программных нейросетей. Но в данном случае мощность оценена по максимальной вычислительной способности железа. Сама вычислительная мощность нейросети, реализованная на этом железе, скорее всего, значительно ниже (на глазок — 1-2 порядка). Это значит, что создание новых процессорных архитектур, похожих на нейронные сети на железном уровне, увеличит достижимую производительность нейросетей на эти 1-2 порядка.
Эксперименты по созданию нейроподобных чипов, позволяющих более оптимальное реализовать вычисление нейронных сетей, делают такие компании как IBM, но нужно понимать что кремний — не самая подходящая платформа для таких экспериментов. Для качественной эмуляции мозга, необходимо создать процессор с несколькими десятками миллиардов вычислительных элементов, которые динамически «пускают усики» друг к другу, образуя связи и регулируя проводимость этих связей. Сделать это, структурируя песок (т.е. кремний) — сложно.
С кремнием есть еще вот какой затык — технологический предел по нему близок. В том смысле, что раньше индустрия без проблем следовала закону Мура, который обещает удвоение производительности процессоров каждые два года. Сегодня близок предел по частоте — быстрее 10^10 Герц процессоры пока не работают, а предел всего на 1 порядок выше — 10^11 Герц, т.к. нас органичивает скорость света и электрон не успевает преодолеть весь процессор за 1 такт, т.е. невозможно обеспечить синхронизацию ядра. Близок предел по размеру вычислительного элемента — атом углерода всего на 2 порядка меньше размера одного тразистора, а на этом уровне уже начинаются неудобные квантовые эффекты.
Пока есть потенциал по увеличению производительности вширь — в топовых суперкомпьютерах стоит по миллиону процессорных ядер. Можно и больше — хватило бы денег. Такие системы стоят сотни миллионов долларов. Если совсем припрет, человечество может без особых проблем увеличить это количество на 3 порядка — это будет стоит порядка 0.2% мирового ВВП. Тогда это и будут искомые нами 10^20 FLOPS, в которые оценивается производительность нашего мозга. Просто на другой архитектуре, менее подходящей для реальных задач. Переход на другую, более походящую архитектуру, может быть сравним с увеличением производительности еще на 1-3 порядка (а может, этого и не потребуется)
На замену кремнию есть несколько перспективных технологий. Например, под вычисления пробуют приспособить графен и другие материалы.
Делаются первые попытки в создании квантовых компьютеров, однако пока неясно, насколько такие процессоры будут универсальны, или на них можно будет реализовывать лишь очень узкий набор логики.
Многие часто спотыкаются на софте, который позволит реализовать мышление, близкое к человеческому. — Окончательно не установлено каким именно образом мы думаем (хотя с каждым днем мы приближаемся к этому все ближе). Смогут ли люди написать нужный софт и освоить эти 10^20 FLOPS (которые мы, по всей видимости достигнем в будущем) и действительно эмулировать ум человека?
С этой точки зрения, лично я, особых проблем не предвижу.
1) Общие принципы работы мозга с информацией понятны
2) Нет особых причин реализовывать один в один именно работу биологических нейронов.
3) Современные нейросети на кремнии, которые усиленно разрабатываются и используются всеми крупными компаниями (Google, Microsoft, IBM, Apple и т.п.) уже весьма многообещающи даже на сравнительно скромных мощностях порядка 10^15 FLOPS.
Вообще, главный стимул развития ИИ — экономический. Не имеет значения, сможем ли мы создать сильный ИИ с четким сознательным мышлением, большинство экономических задач этого не требуют. Многие рабочие места сегодня выглядят заменимыми обычными программными нейросетями, возможно с небольшими доработками, в виде образования нескольких структур (зона анализа аудио, видео, смысла и т.п.) и какой-либо нейромедиаторной системы, которая может добавить 1-2 порядка сложности (а может и не добавить, надо подумать).
Короче говоря, мы находимся примерно в трех порядках от юзабельного ИИ. Если б закон Мура продолжил выполняться, то в ближайшие 15-30 лет уже можно было бы говорить о создании развитого ИИ, сравнимого с человеком.
Поэтому единственный вопрос который тут остается — это будет ли ИИ сделан на кремнии или на чем-то другом.
Ну и очевидна технологическая сингулярность которая сокращает этот срок: сейчас мы сами придумываем материалы и технологию производства процессоров. Но в какой-то момент компьютер превзойдет нас в этом и будет сам для себя вычислять более эффективные вычислительные элементы и архитектуры для процессоров, на которых он работает. Возникнет положительная обратная связь и вычислительная мощность компьютера начнет расти экспоненциально, пока не упрется в фундаментальные ограничения Вселенной типа скорости света.
Но это все уже никак не будет касаться биологической жизни. Поэтому дальше мой хрустальный шар показывает туман.
В завершение, стоит сказать, что ни один ИИ не денется от двух фундаментальных потребностей жизни и саморазвивающихся систем:
1) Добыча энергии и вещества (т.е. в какой-то момент скорее всего потребуется зажечь свое солнышко (термояд), создать черную дыру, либо построить сферу Дайсона), с веществом особых проблем быть не должно.
2) Тонкое и сложное структурирование материи (т.е. разработка процессоров, которые будут осваивать эту энергию и процессить Вселенную)
Мощность мозга и интеллект.
Данный текст не претендует на звание открытия английских учёных. А является просто научно-популярным размышлением необразованного человека на тему.
Я думаю, что все слышали или читали о том, что человек использует свой мозг только на 1%. Та же Люси Люка Бессона является вольной фантазией на эту тему. Но я ни разу нигде не смог увидеть какого-либо ответа на вопрос: Почему? Почему мы используем наш мозг только на 1-2%?
Чисто эмпирически могу сказать, что мы используем свой мозг на 10-60%. Это очень приблизительно. Но это никак не 1-2%. Сейчас попробую объяснить своё неавторитетное мнение. Есть такое понятие, как мощность. Для электроники это произведение силы тока на напряжение, для двигателя это лошадиные силы. Для мозга это калории. Ну или объём глюкозы, который мозг может усвоить за единицу времени. И вот в нём то и зарыта собака. Мы почти полностью используем свой мозг, но очень экономно.
Так уж вышло, что тело не способно скормить мозгу столько энергии, сколько ему нужно для 100% мощностей. Думаю, что больше 3-4% мощности мы даже под метамфитаминами не способны получить, да и их мы получаем не на долго, как спринтеры, с ущербом для здоровья. Но тут важно понимать, что если у спринтера работает всё тело, то у подобного гения единовременно работает только малая часть мозга, те самые 3-4%. Но это не значит, что только эта часть мозга и работает. В мозгу вообще существует такой механизм, что «нелюбимые» нейроны просто не получают питания и умирают (кто не работает, тот не ест). Так что работает в той или иной мере у нас весь мозг. Потому то фраза, что мы используем только 1-2% от своего мозга, и является ложью. Иначе наш энергоэффективный мозг уже давно избавился бы от 99% собственной массы.
Вот мы и получили два субъективных параметра работы интеллекта: мощность и развитость. Но для чего вот все эти рассуждения? Ведь даже среди тех, кто развил лишь малую часть своего мозга (наиболее развит мозг у людей пожилых и хорошо образованных) и обладает при этом незначительной пиковой мощностью (наиболее велика у физически развитых людей), есть гении. Безусловные светила наук! А вот к тому, что (с моей точки зрения) самый важный параметр здесь, это КПД. Правда совершенно в другом смысле, чем у двигателей, или процессоров. Нет, в случае с мозгом этот параметр скорее отвечает за распределение ресурсов.
Я не буду сейчас говорить о спорте и диете, это очевидно увеличит мощность вашего тела, которая так же может начать уходить в мускулатуру и желудок (причина почему некоторых качков считают тупыми). Так же нет смысла говорить о зомбоящике, который прекрасно перетягивает на себя массу ресурсов мозга.
И вот мой вывод ко всему этому несвязному недоказанному тексту без списка литературы. Куда важнее не то, что ты делаешь для того, чтобы стать умнее. А то, чего ты НЕ делаешь, чтобы стать умнее.
Просто перестань слушать Гуфа, и ты получишь +1 к iq. Избавься от привычки ныть, и бах: +3 к памяти. Избавься от нервных фантазий о том, как ты выпускаешь кишки всему офису, возьми +10 к энергии. Перестань жрать мазик и получи +100 к общей мощности тела. Мысленно оттрахай во все щели свою светлую и чистую несчастную любовь и ты получишь больше, чем даже если вместо рэпа начать слушать металл.
В целом одно абсолютно точно. Высвободить уже существующие мощности мозга куда проще и часто полезнее, чем пытаться увеличить её. А уж свободные ресурсы вы всегда найдёте, куда приложить.
О лживых постах в ВК или сколько операций в секунду выполняет мозг человека
На написание этой статьи меня побудил пост одного из популярных пабликов ВКонтакте, в котором дословно было следующее: «Человеческий мозг в состоянии выполнять 1016 операций в секунду. Это значит, что его мощность до сих пор выше, чем мощность любого существующего на сегодняшний день компьютера.». Я разобрался кто круче, мозг, или компьютер.
Для начала разберемся, что это за операции в секунду, какова мощность вашего настольного компьютера, и какова мощность самого супермегапапского компа на планете.
Для измерения вычислительной мощности компьютеров используется единица измерения, называемая флопс (flops, flop/s). Флопс показывает, сколько операций с плавающей запятой выполняет компьютер за одну секунду. Кроме того, для измерения вычислительной мощности используется такое понятие, как тактовая частота. Тактовая частота процессора показывает, какое количество основных операций выполняет процессор в секунду, и измеряется в герцах. Основная операция, выполняемая процессором, может включать в себя множество операций с плавающей запятой, поэтому результаты измерения в флопсах и герцах различаются. Если вы найдете у себя на рабочем столе иконку «Мой компьютер», кликните по ней правой копкой мыши, в выпадающем меню откроете свойства, то истина для вас откроется. Найдите в открывшемся окне заголовок «Ситема», и там, напротив слова «процессор» будет указана тактовая частота вашего процессора. Скорее всего она будет иметь такой вид: «2.10 GHz». Число может незначительно отличаться. Так вот, 1 GHz — это 1000000000 герц, или один миллиард операций в секунду. Из этого следует, что при тактовой частоте 2.10 гигагерца проц выполняет 2100000000 операций в секунду. Это конечно побольше, чем 1016. При измерении в флопсах число возрастет в несколько раз.
Идем дальше. Суперкомпьютер Titan компании Cray inc. имеет приблизительную вычислительную мощность 20 петафлопс. 1 петафлопс равен 10^15 флопс. Можете сами подсчитать, какое получится число и сколько у него нулей. Как сказал один поэт: «Это ж долбануться. »
Теперь о головном мозге. Тут все не так просто, как с компьютерами. На современном этапе развития нейробиологии довольно трудно подсчитать вычислительную мощность мозга, и сравнить его с компьютером. Однако и так понятно, что мы не можем выполнять те же операции, что выполняет наш ноутбук с такой же скоростью и в таких же объемах. Очевидно, что комп мощнее, да? А вот и нет.
Давайте разберемся подробнее, как он работает.
Мозг — это биологическая нейронная сеть. Нейронная сеть состоит из нейронов, (в случае с мозгом — это клетки мозга), каждый из которых связан с другими нейронами. Место связи нейронов называется синапсом. Через синапс от одного нейрона передается химический или электрический импульс другому нейрону. Количество нейронов в головном мозге человека примерно равно 100000000000 (ста миллиардам). Данные в из разных источников немного различаются, но в целом картина схожа. Каждый из этих нейронов имеет от 7000 до 10000 синапсов. В среднем, через один синапс проходит 10 импульсов в секунду, т.е. мы имеем тактовую частоту 10 герц на одну синоптическую связь. А теперь занимательная математика: 100000000000 нейронов мы умножаем на 10000 их синоптических связей и умножаем все это на 10 герц. Мы получаем число с шестнадцатью нолями после единицы, а иначе 10^16. Так вот откуда взялось загадочное число 1016. Видимо оно просто трансформировалось в ходе бесконечного перепоста из паблика в паблик. И оказывается, что наш мозг имеет бОльшую вычислительную мощность, чем суперкомпьютер Titan. В конечном итоге автор поста о 1016 операциях в секунду был прав.
На сколько мозг мощнее суперкомпьютера?
10,51 петафлопс.
И советую ещё вот эту.
Тут уже
Количество нейронов в головном мозге человека примерно равно 100000000000 (ста миллиардам). Данные в из разных источников немного различаются, но в целом картина схожа. Каждый из этих нейронов имеет от 7000 до 10000 синапсов. В среднем, через один синапс проходит 10 импульсов в секунду, т.е. мы имеем тактовую частоту 10 герц на одну синоптическую связь. А теперь занимательная математика: 100000000000 нейронов мы умножаем на 10000 их синоптических связей и умножаем все это на 10 герц. Мы получаем число с шестнадцатью нолями после единицы, а иначе 10^16.
Два ответа:
Мозг слабее компьютера, так как Вы, в отличии от простейшего калькулятора, не сможете быстро умножить 764576 и 85934.
Мозг сильнее компьютера, так как Вы, в отличии от даже самого мощного компьютера, можете ехать на оживлённом шоссе с приличной скоростью, слушать и воспринимать музыку, продумывать свой ужин, обрабатывать впечатления от последних нескольких часов, придумывать(!) аргументы для начальника, который просто обязан повысить Вам зарплату и многое другое одновременно.
Мозг не слабее и не сильнее компьютера, он просто другой. Килограмм не больше и не меньше метра.