Ученые из Сандийской национальной лаборатории Министерства энергетики США описали новый алгоритм, который позволяет нейроморфным компьютерам — машинам, построенным по аналогии с архитектурой человеческого мозга — эффективно решать частные дифференциальные уравнения (ЧДУ). Эти уравнения лежат в основе моделирования жидкостей и газов, электромагнитных полей и механики структур — ключевых задач науки и инженерии.
Сандийская национальная лаборатория была создана в 1949 году. Если находящиеся неподалеку Лос-Аламосская и Ливерморская лаборатории занимались военными разработками, то работа ученых в Сандии была посвящена освоению «мирного атома».
Результаты опубликованы в журнале Nature Machine Intelligence в статье под заголовком «Решение частных задач с использованием конечных элементов на нейроморфном оборудовании» (Solving sparse finite element problems on neuromorphic hardware).
Такие вычисления требуют огромной мощности традиционных суперкомпьютеров. Но нейроморфные системы используют принципы обработки информации, подобные тому, как это делает мозг человека, что позволяет экономить энергию и ускорять расчеты.
Энергия, безопасность и будущее науки
Результаты особенно важны для атомной отрасли, поскольку моделирование физики ядерных систем традиционно требует колоссальных энергетических затрат. Новые методы могут значительно снизить эти издержки.
Алгоритм, разработанный Брэдом Тейлманом и Брэдом Эймоном, показывает, что «мозгоподобные» вычисления способны не только «узнавать» образы или ускорять работу нейросетей (как считалось ранее), но и решать фундаментальные математические задачи.
Помимо вычислительных преимуществ, этот подход открывает новое окно в понимание самой природы интеллекта. Связь между структурой нейронных сетей мозга и математическими вычислениями может дать ключ к пониманию, как мозг обрабатывает сложную информацию.
Математика пронизывает природу: ученые давно считают, что природные системы, такие как сеть сосудов или структуры нейронов, подчиняются математическим принципам оптимизации пространства. Это подтверждают исследования, применяющие даже методы теории струн к биологическим сетям.
У природы есть выраженный математический язык. Математика описывает фундаментальные законы мира — от движения планет до квантовой механики. Такое описание позволяет делать точные прогнозы без непосредственного эксперимента.
Сегодня все больше исследований в астрофизике, ядерной физике, химии, биологии, медицине проводятся in silico — сугубо путем компьютерной симуляции и математического моделирования. Так, недавно на японском суперкомпьютере была смоделирована работа коры головного мозга. Правда, мозг был мышиный, но лиха беда начало.
