6. Практическое использование инс

К началу 90-х годов развитие ИНС и нейрокомпыотеров привело к появлению соответствующих коммерческих изделий.В 1988 г. объем этого рынка составлял 20 млн. долл., 1996 г. перевалил за 1 млрд. долл., а темпы его роста уступают лишь индустрии сотовой связи. Если в 1986-1987 годы существовали лишь единичные фирмы, которые специализировались в области разработок и производства ИНС, то к 1990 г. их число превысило сотню, а сейчас достигает нескольких сотен.

Основные продукты этих фирм предназначены для решения пользователем конкретных задач, для создания приложений, а также для обучения и образования. Таможенники используют нейронные сети для выявления пластиковых бомб и наркотиков, банкиры - для оценки кредитных рисков, финансисты -для предсказания изменения курса валюты, авиаторы - для автоматизации управления полетами. Вот лишь некоторые примеры.

Компания Nestor поставляет ИНС-системы для проверки подлинности подписей и чтения рукописных цифр с банковских чеков. На установление подлинности подписи с вероятностью более 95% достаточно двух-трех секунд.

Фирма HNC разработала систему для визуального контроля качества упаковки товаров с производительностью до 12 предметов в секунду, сети для управления станками с ЧПУ, производственными процессами в химической промышленности и машиностроении.

Нейронная сеть SNOOPE компании SAIC предназначена для обнаружения взрывчатки и наркотиков в багаже авиапассажиров по вызванному гамма-излучению. В международном аэропорту. Лос-Анджелеса она при 95%-ной вероятности обнаружения взрывчатки позволила снизить вероятность ложной тревоги до 2%, что примерно в три раза меньше, чем у альтернативных систем.

Одна из первых ИНС для управления воздушным транспортом фирмы Netrologic при испытаниях управляла посадкой пяти авиалайнеров в пяти аэропортах.

Сферы применения технологии нейронных сетей быстро расширяются. Тот факт, что нейросети в значительной мере отображают восприятие информации в живых организмах (и человека в том числе), дает основание считать, что ИНС уже в начале XXI века будут являться основным средством решения интеллектуальных задач,

Аппаратная реализация нейросетей на основе ДСП и ПЛИС.

Нейроускорители на базе сигнальных процессоров.

Выводы

• Дискретная элементная база и интегральные схемы малой и средней интеграции позволяли изготовить процессор с произвольной архитектурой при существенном ограничении на общий объем используемого оборудования.

• Для обеспечения высокой производительности было необходимо соответствующее количество регистров и функциональных устройств, однако требуемый для их создания объем электронных компонентов, паяных и разъемных соединений определялся надежностью создаваемого процессора, стоимостью и энергопотреблением.

• В этих условиях конструкторы процессоров предложили разнообразные архитектуры, каждая из которых в своей проблемной области обеспечивала наивысшее значение показателя «производительность/стоимость».

• Значительный рост степени интеграции при существенно меньшем росте количества выводов корпусов привел к ситуации, когда в одной БИС могло разместиться много процессорных элементов, однако их явно не хватало для создания полноценного SIMD-процессора.

• Объединению совокупности таких интегральных схем в один процессор препятствовало малое число выводов, не позволявшее подсоединить к процессорному элементу память и создать эффективную сеть связи между элементами.

• Особенности проектирования и изготовления СБИС, в том числе и микропроцессоров, делают экономически оправданным только их массовое производство, что практически исключило возможность создания специализированных кристаллов для многокристальных процессоров.

● Коль скоро микропроцессоры стали основной элементной базой, то единственное, что из них можно строить — параллельные вычислительные системы, образуемые путем объединения коммуникационной средой совокупности процессоров, блоков памяти и устройств ввода-вывода.

● Параллельные системы по назначению и используемой элементной базе можно разбить на четыре класса:

• универсальные с фиксированной структурой, строящиеся из серийных универсальных микропроцессоров;

• специализированные с фиксированной структурой, строящиеся из микропроцессоров, ориентированных на исполнение определенных вычислений;

• универсальные с программируемой структурой, настраиваемые на аппаратурную реализацию исполняемых вычислений;

• специализированные с программируемой структурой, настраиваемые на аппаратно-программную реализацию исполняемых вычислений.

• Увеличение объема кэш-памяти на кристалле дает прирост производительности, но после достижения некоторого объема этот прирост существенно замедляется. Поэтому разумно использовать ресурс транзисторов кристалла для построения дополнительной совокупности функциональных устройств.

• Дальнейшее повышение производительности микропроцессоров связывается сейчас со статическим и динамическим анализом кода с целью выявления параллелизма уровня программных сегментов с использованием информации о сегментах, предоставляемой процессору компилятором языка высокого уровня.

• Исследования в данном направлении привели к разработке многопотоковой архитектуры, использующей совокупность регистровых файлов в процессоре. Переключение процессора на другой регистровый файл выполняется либо по наступлению некоторого события, вызывающего приостанов процессора (промах в кэш-память, обращение к оперативной памяти, наступление прерывания), либо принудительно.

• В кристалл интегрируются функции, для исполнения которых обычно используются наборы микросхем. В кристалл интегрируются интерфейсы сетевых и телекоммуникационных систем, что позволяет без дополнительных адаптеров соединять микропроцессоры друг с другом и с различными сетями.

• Ориентация разработчиков на создание систем с распределенной разделяемой памятью привела к интеграции в кристалл блока управления когерентностью многоуровневой памятью, доступ к блокам которой выполняется через интегрированную в тот же кристалл коммуникационную среду.

• В дальнейшем можно ожидать появление кристаллов с несколькими векторно-конвейерными процессорами, образующими однокристальную систему с общей памятью. Такие кристаллы могут быть объединены в MPP-систему.

• Конструирование принципиально новых устройств обработки информации – квантовых логических ячеек, оптических логических блоков – позволяет создать на основе технологии ГЭ квантовые компьютеры, использующие вместо электрического сигнала световой импульс. Быстродействие компьютеров при данных технологиях практически не будет иметь ограничений и может возрасти в несколько тысяч раз.

● Нанокомпьютер - это:

• квантовый или механический компьютер нанометровых размеров с высокой производительностью;

• компьютер, логические элементы которого имеют молекулярные размеры;

• компьютер микроскопических размеров, разрабатываемый на основе нанотехнологий (Techtarget, whatis.techtarget.com/definition).

● С переходом на уровень нанотехнологий станет возможным снижение минимально допустимых размеров компьютера до субклеточного уровня. Плотность хранения информации в искусственных системах уже сейчас может превышать плотность информации, кодирующей наследственность человека. Способы представления информации в системах, созданных человеком, почти достигли физических пределов, установленных фундаментальными законами природы.

● Cогласно принципу Ландауэра, потеря одного бита информации ведет к выделению тепловой энергии, равной

E=kB*T* ln2,

где kB - постоянная Больцмана, T - температура процессора.

• Суперкомпьютерные центры, расположенные на геостационарных орбитах с дешевым космическим холодом, оснащенные мощными информационными каналами связи с Землей, - новое направление развития IT-бизнеса в будущем.

• В настоящее время весьма популярны идеи химического синтеза вычислительных наноструктур, а также их самосборки. Такие технологии привлекательны тем, что позволяют достичь высокой степени параллелизма, автоматического контроля качества и высокой производительности в таких малых пространственных масштабах, где использование технологий макромира невозможно или неэффективно.

● Нейман показал, что существует некоторая пороговая сложность автомата, начиная с которой самовоспроизводство возможно. Им также была высказана идея, что, начиная с некоторого более высокого уровня сложности такой процесс возможен с нарастанием сложности создаваемых систем. Нейман построил конкретную математическую модель самовоспроизводящейся структуры на основе клеточного автомата. В основе модели Неймана лежало представление о двумерной регулярной среде элементарных ячеек, обладающих конечным числом состояний и определенной функцией переходов.