Что мощнее мозг или компьютер
Обновлено: 07.07.2024
Человеческий мозг очень похож на компьютер. Конечно, состав мозга уникален и незаменим, он полностью органический. Компьютер же состоит из деталей, произведенных на заводе. . Детали можно менять и совершенствовать. Они полностью искусственные. Но есть общие моменты между этими вычислительными организмами, и их немало.
И там, и там есть операционная система, центральный процессор. Память, состоящая из пресловутой операционной памяти и жесткого диска, на котором хранятся все важные данные.
Самая большая оперативная память компьютера сейчас составляет 128 Гб, а самые емкие жесткие диски вмещают сейчас до 14 Тб. Память же человеческого мозга оценивают в 2,5 Пб (а это 2500 терабайт). Много? Если считать в Гигах, то это миллион Гб, а в байтах это квадриллион
Много? Да, много, но компьютеры становятся мощнее каждые два года, так что через несколько десятилетий люди создадут компьютер с памятью равной человеческой. Интересен и тот факт, что мозг работает на 12 ваттах. Для того, чтобы работал компьютер такой же мощности, что и мозг человека, нужен гигаватт энергии,
А на какой частоте, на скольких мегагерцах работает мозг? , Мозг - гораздо более мощный, сделанный из более медленных процессоров. Тактовая частота нейрона около килогерца, что в миллион раз медленнее, чем гигагерц. Для сравнения скорость процессора смартфона составляет около 1 гигагерца. Потому компьютеры гораздо быстрее решают технические и вычислительные задачи, хотя не сравнятся по разнообразию функций человеческого мозга.
Представим теперь архив. Это хранилище информации нужной и не очень. Я думаю, в мозге, информация из архива не стирается, а хранится очень долго. Нужно только затратить усилия, чтобы вытащить ее. Некоторые вещи в архиве мозга кодируются и всплывают только при каком-то ключевом событии.
Замечали вы, как мы вспоминаем забытый сон, и не можем воспроизвести его детали, хотя говорим, что он крутится в голове. И вдруг нечто произошедшее наталкивает нас на яркое озарение. Вот. Вспомнил. Как же я раньше не мог. Такие мысли посещают после этого. Сон, как на ладони, предстает во всех подробностях и красках.
Сон, конечно это уникальное явление, которого с компьютером никогда не произойдет. Ведь во сне мозг работает и, сохраняя информацию из коры в глубокие отделы, еще и выдает нам короткий дайджест дня или ранних событий.
Антивирус. Его функцию в мозгу играет ГЭБ. Гематоэнцефалический барьер. Он отфильтровывает кровь, поступающую в головной мозг, и не допускает в него токсины, лекарства и вредные непредсказуемые вещества. Этакая печень мозга. Наша защита мозга от вируса. Но, конечно как и в компьютере, к сожалению, иногда заражение вирусом наступает. Как пример, энцефалитный клещ.
Иногда мозг, подобно компьютеру лагает, как выражается моя младшая дочь. Он сбоит. Дает сбои. Не это ли происходит у душевнобольных людей. Разговор с воображаемым собеседником, галлюцинации.
Согласно дофаминовой теории шизофрения это не что иное, как повышенный уровень выработки нейромедиаторов, называемых дофаминами. И как следствие душевное заболевание. Конечно сам механизм гораздо глубже, но здесь не будем углубляться в эту тему. И продолжим говорить в следующий раз
Это K computer — японский суперкомпьютер от компании Fujitsu:
В 2013 году специалисты из Японии и Германии использовали K computer в эксперименте по симуляции активности человеческого мозга.
Чтобы вы понимали, в то время K computer был настоящим монстром. Он мог выполнять 8,1 квадриллиона операций в секунду, что делало его одним из самых быстрых на 2013 год (занимал 4 место в мире по вычислительной мощности среди суперкомпьютеров). Эта система имела более 700 тысяч вычислительных ядер и 1,4 миллиона гигабайт оперативной памяти (1,4 петабайта).
Типичный суперкомпьютер потребляет огромное количество электроэнергии — до нескольких мегаватт в час. Поэтому стоимость его обслуживания очень высока. Например, при потреблении 4 МВт⋅ч, или 4 000 кВт⋅ч, по средней цене 4 рубля за 1 кВт⋅ч, рабочий час такого гиганта будет обходиться в 16 тыс рублей, или 384 тыс рублей в сутки, или чуть больше 140 млн рублей в год. Для западных стран цифра выше, так как стоимость электроэнергии там отличается, к примеру, в США затраты на энергию для такой машины будут около $3,5 млн в год.
Еще одна проблема — охлаждение. Процессоры суперкомпьютеров выделяют много тепла, чтобы предотвратить перегрев компонентов требуются сложные системы водяного охлаждения, которые занимают много места.
Поразительно, не правда ли? Мощный компьютер, который занимает практически целое здание, потребляет электричество на 16 тыс рублей в час и нуждается в сложных системах охлаждения и постоянном техническом обслуживании, смог сымитировать всего 1 секунду мозговой активности человека за 40 мин!
K computer прекратили использовать в 2019 году. Ему на смену пришел другой, более мощный монстр — Фугаку, который по состоянию на 2020 год является самым быстрым суперкомпьютером в мире. Даже если провести подобный эксперимент с Фугаку, он, возможно, и покажет немного лучший результат, но все равно этот результат не будет впечатляющим.
Post Scriptum
Наша «машинка» — очень сложная биологическая технология, разгадать и смоделировать которую у ученых еще долго не получится. Поэтому предсказания фантастов, которые писали о суперкомпьютерах, способных заменить мозг человека, вряд ли сбудутся в ближайшие сотни лет.
Вам может быть интересно:
Подписывайтесь на наш канал в Дзен, поделитесь мнением о материале и расскажите о нем друзьям. Еще больше интересных постов в нашем Telegram
Данные в компьютере хранятся терабайтами, но, в отличие от человеческого мозга, машина не способна пока генерировать по своей воле новые картинки, фильмы, программы и файлы. Ей неведомо понятие фантазии, творчества, воображения.
Зато на жестком диске или в интернете можно за считанные секунды найти детальную информацию по требуемой теме с точностью до запятой. «Серое вещество» человека на это попросту не способно, за редким исключением феномена фотографической памяти. Так что эффективнее и мощнее: мозг или набор микросхем?
Каждый хорош по-своему
И среди обывателей, и среди именитых ученых не утихают споры, касательно того, какая система на данный момент лучше: биологический «компьютер» в наших головах, миллионами лет совершенствовавшийся и продолжающий совершенствоваться эволюцией, или электронное устройство с процессором, жестким диском, оперативной памятью и пр., придуманное людьми?
На самом деле это под стать спору, кто и что лучше: творец или творение, курица или яйцо. На первый взгляд, ответ очевиден – творец. Но не стоит сбрасывать со счетов, что люди учитывают свое несовершенство, например, низкий уровень хранения информации, и пытаются компенсировать его достижениями науки и техники.
Человек и компьютер
Существуют расчеты, доказывающие, что вычислительная мощность мозга несоизмеримо выше компьютерных аналогов. Даже на фоне суперкомпьютеров сообщество нейронов в черепной коробке в супер-пупер раз мощнее. Но при этом мозгу явно недостает «оперативной памяти». А уж насколько плох наш «жесткий диск» – знают все, особенно когда надо выучить стихотворение или вспомнить номер телефона. Возможно, он тоже супер-пупер, но интерфейс извлечения данных из долгосрочной памяти не соответствует современным реалиям.
Многое может измениться на фоне совершенствования технологий искусственного интеллекта. Возможно, в ближайшие годы люди на свою голову могут научить машину не только оперировать огромными массивами данных, но и задаткам абстрактного мышления, самосознания, интеллекта. На подходе квантовые компьютеры, чья вычислительная мощность вполне может сравниться с человеческим мозгом.
Биологический процессор
Впрочем, пока рано сдавать в утиль серое вещество и мчаться в кибермагазин за апгрейдом. Слишком мало мы знаем о самих себе. Да, наша «оперативная память» действительно слаба, как и «процессор». Но это лишь касается «видимой», сознательной части. Есть еще малоизученное подсознание, которое курирует все процессы в организме, фиксирует поступающие сигналы от нервной системы, коих несчетное количество.
Если скорость сознательного мышления составляет 2 Кбит в секунду на уровне компьютеров 80-х годов прошлого века, то подсознание в секунду обрабатывает до 4 Гбит информации. Более того, существует устойчивое мнение, что мозг не задействуется в полном объеме. Что у него еще есть колоссальные биологические резервы.
Конечно, это не совсем верно. Мозг – живой организм, невозможно часть его оградить и перевести в спящий режим. Он разделен на области, каждая из которой выполняет свою функцию: слух, зрение, речь, эмоции, планирование, усвоение навыков, абстрактное мышление и прочее. Но факт остается фактом – мозг можно тренировать так же, как мышцы. В частности, улучшать память, повышать навыки вычислений, концентрировать внимание.
Многозадачность
Создание многоядерных процессоров – важное достижение человеческого гения. Многопоточность позволяет одновременно решать разные задачи. Еще не так давно юзеры радовались появлению двухъядерных процессоров, а сегодня в продаже уже доступны 64 и 72-ядерные монстры. Летом 2019 года специалисты Cerebras Systems представили самую большую в истории экспериментальную микросхему, насчитывающую 400 000 ядер.
Казалось бы, куда биологическим организмам до такой мощи. Человеческий мозг считается однопоточным. То есть, мы можем в единицу времени решать только одну задачу. Но на практике это не совсем так.
Еще в школе нам рассказывали о гении Юлии Цезаре, который одновременно мог делать 3 вещи одновременно: читать один текст, диктовать писарю совершенно другой и при этом слушать докладчика. Ученые говорят, что это миф. Что его мозг просто очень быстро переключался между задачами, но в единицу времени выполнял только одну операцию.
Но многим из нас знакома ситуация, когда решение некой проблемы или задачи приходит совершенно неожиданно. Это знаменитая архимедовская «Эврика!». Когда занимаешься чем-то другим, и внезапно снисходит озарение. Возможно, наш мозг работает вовсе не в однопроцессорном режиме.
Вероятно, где-то в глубине подсознания определенная группа нейронов продолжает работу над навязчивой проблемой, выстраивает логические цепочки, пока не совпадет верная комбинация. По аналогии с компьютером, это свернутая программа, которая работает в фоновом режиме. Пока мы смотрим фильм, задействуя, грубо говоря, одно ядро, второе и последующие проводят необходимые расчеты.
Искусственный мозг
Отдельная тема – биологические компьютеры. Это направление все больше ученых считает наиболее перспективным. Биотехнологии уже позволяют создавать экспериментальные системы, на которых тестируются механизмы взаимодействия нейронов или их аналогов с электронной компонентной базой. Первые результаты впечатляют.
Например, специалист в области нейробиологии Ош Агаби создал небольшой, но работающий биокомпьютер. В рамках проекта Koniku он разработал «живой» прототип 64-нейронной кремниевой микросхемы. Его «научили» распознавать запахи, наподобие пчел. Теперь дроны на его основе можно применять для поиска взрывчатых веществ, утечек вдоль трубопроводов, обследования сельхозугодий и прочее.
Агаби создал для нейронов подходящую биологическую среду, обеспечил их питанием и заработал механизм взаимодействия с электронной элементной базой. В планах:
- создание чипа на 500 нейронов для автопилота автомобилей;
- на 10 000 нейронов – для обработки изображений наподобие человеческого глаза;
- робота, управляемого чипом на 100 000 нейронов;
- самообучающегося компьютера на 1 миллион нейронов.
Зачем нужны биокомпьютеры
Неужели нельзя обойтись существующими средствами? Нет, нельзя. Даже, казалось бы, такая простая вещь, как прогноз погоды, требует запредельных вычислительных мощностей. До сих пор люди не научились делать его точным.
Пару лет назад ученые Японии и Германии попытались смоделировать на одном из самых мощных в мире суперкомпьютеров активность человеческого мозга. Им удалось достигнуть не более 1 процента возможностей «серого вещества» в секунду. Таким образом, классические компьютеры слишком слабы для решения глобальных задач. Например, таковым является моделирование лекарственных препаратов нового поколения, или расчета процессов ядерной и квантовой физики.
Сходства и различия
Что общего между компьютером и мозгом:
- оба оперируют данными посредством электрических импульсов;
- и тому и другому необходимо питание для работы;
- для обоих систем необходимы приемо-передатчики информации: уши, глаза, нервные окончания, микрофон, камера, клавиатура и т. д.
В чем их отличия:
Последний пункт является самым важным. Ибо без творческого начала невозможно двигать вперед цивилизацию.
Будущее за киберпанком
Создано много литературных произведений, комиксов и фильмов, в которых люди имплантируют себе различные электронные устройства для улучшения функционала организма. Это еще не киборги, но и обычными людьми их не назовешь.
Однако это уже не фантастика. Микрочипы-импланты используются уже давно в медицине для мониторинга состояния организма, получения оперативной информации об истории болезни, группе крови, аллергических реакциях, непереносимости лекарственных средств. Большинство из них бесконтактное, расположенное под кожей, но есть и с внешними интерфейсами.
Масштабные работы проводятся и в области мозга для повышения его эффективности. Например, разрабатываются микрочипы, вживляемые в мозг. Они позволят парализованным людям управлять компьютерами и мобильными устройствами, общаться с помощью составления слов из букв. Но больше всего ученых интересует возможность стимулирования мозговой деятельности, возвращения зрения слепым, усиления памяти и увеличения объема хранения информации. И на этом поприще сделано уже многое.
Забудьте все, что знали о человеческой памяти: новое исследование показало, что объем памяти нашего мозга в 10 раз больше, чем считалось ранее. «Это настоящая бомба в области неврологии, — говорит ученый Института биологических исследований Солка Терри Сейновски. — Наши новые измерения емкости памяти мозга увеличили консервативные оценки в 10 раз до петабайта минимум, в такой объем оценивается весь Интернет». Это 1000 терабайт, если что.
Ученые изучали ткань гиппокампа крысы и реконструировали ее в 3D для изучения центра памяти мозга. После этого они имели возможность впервые наблюдать странное явление. Судя по всему, синапсы мозга могут изменять размеры, что влияет на объем памяти.
Сначала они обнаружили, что в 10% случаев синапсы были продублированы. В попытке выяснить, почему это произошло, ученые использовали передовую микроскопию и вычислительные алгоритмы, чтобы реконструировать соединения, формы, объемы и площадь поверхности ткани головного мозга.
В результате выяснилось, что разница в размерах пар синапсов была очень небольшой, порядка 8%. «Никто не ожидал, что будет такая малая разница. Это прям подколка от природы», — говорит ученый Том Бартол. Ученые пришли к выводам, что существует минимум 26 категорий синапсов, а не несколько, как считалось ранее.
Эта добавочная сложность связей между нейронами выливается в существенное увеличение возможной емкости памяти мозга.«Это на порядок превышает все, что мы представляли, с точки зрения точности, — говорит Сейновски. — Последствия обнаруженного будут очень далеко идущими. Под кажущимся хаосом и беспорядком мозга прячется невероятная точность размеров и форм синапсов, которая от нас скрывалась».
Дальнейшие исследования показали, что синапсы могут менять свои размеры в зависимости от нейронных трансмиссий, и происходит это практически мгновенно.
Каким бы интересным это открытие ни было, оно не поможет вам вспомнить, где вы оставили ключи от машины. Но ученые могут использовать конкретно это исследование для дальнейшей работы в области компьютеров, создавая продвинутые методы глубокого обучения и нейронных сетей.
Мозг взрослого производит около 20 ватт постоянной мощности, примерно как тусклая лампочка, но способен на такие вещи, о которых любой современный компьютер может только мечтать.
И просто ради интереса давайте посмотрим на цифровую мощь. На самые дорогие и мощные суперкомпьютеры на сегодняшний день
Первый суперкомпьютер Atlas появился в начале 60-х годов и был установлен в университете Манчестера. Он был в разы менее мощным, чем современные домашние компьютеры. В нашем обзоре собрана десятка самых мощных в истории суперкомпьютеров. Правда, всвязи с быстро развивающимися в этой сфере технологиями устаревают эти мощные машины в среднем за 5 лет.
Производительность современных суперкомпьютеров измеряется в петафлопсах — единице измерения, показывающей, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет компьютер. Сегодня речь пойдет о десяти самых дорогих современных суперкомпьютерах.
IBM Roadrunner (США) — 130 млн долларов
Roadrunner был построен IBM в 2008 году для Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Нью-Мексико, США). Он стал первым в мире компьютером, средняя рабочая производительность которого превысила 1 петафлопс. При этом он был рассчитан на максимальную производительность в 1,7 петафлопса. Согласно списку Supermicro Green500, в 2008 году Roadrunner был четвертым по энергоэффективности суперкомпьютером в мире. Списан Roadrunner был 31 марта 2013 года, после чего его заменили меньшим по размерам и более энергоэффективным суперкомпьютером под названием Cielo.
Vulcan BlueGene/Q (США) — 100 млн долларов
Vulcan — суперкомпьютер, который состоит из 24 отдельных блоков-стоек, — был создан IBM для Министерства энергетики и установлен в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса, штат Калифорния. Он имеет пиковую производительность в 5 петафлопсов и в настоящее время является девятым по скорости суперкомпьютером в мире. Vulcan вступил в строй в 2013 году и сейчас используется Ливерморской национальной лабораторией для исследований в области биологии, физики плазмы, климатических изменений, молекулярных систем и т.д.
SuperMUC (Германия) — 111 млн долларов
SuperMUC в настоящее время является 14-м по скорости суперкомпьютером в мире. В 2013 году он был 10-м, но развитие технологий не стоит на месте. Тем не менее он в данный момент является вторым по скорости суперкомпьютером в Германии. SuperMUC находится в ведении Лейбницкого суперкомпьютерного центра при Баварской академии наук рядом с Мюнхеном.
Система была создана IBM, работает на оболочке Linux, содержит более 19 000 процессоров Intel и Westmere-EX, а также имеет пиковую производительность чуть более 3 петафлопсов. SuperMUC используется европейскими исследователями в области медицины, астрофизики, квантовой хромодинамики, вычислительной гидродинамики, вычислительной химии, анализа генома и моделирования землетрясений.
Trinity (США) — 174 млн долларов
Можно было бы ожидать, что подобный суперкомпьютер (учитывая то, для чего он строится) должен быть безумно дорогим, но благодаря развитию технологий стало возможным удешевление цены Trinity. Правительство США собирается использовать Trinity для того, чтобы поддерживать эффективность и безопасность ядерного арсенала Америки.
Trinity, который строится в настоящее время, станет совместным проектом Сандийской национальной лаборатории и Лос-Аламосской национальной лаборатории в рамках программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных Национальной администрации по ядерной безопасности.
Sequoia BlueGene/Q (США) — 250 млн долларов
Суперкомпьютер Sequoia класса BlueGene/Q был разработан IBM для Национальной администрации по ядерной безопасности в рамках программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных. Он был запущен в эксплуатацию в июне 2012 года в Ливерморской национальной лаборатории и стал на тот момент самым быстрым суперкомпьютером в мире. Сейчас он занимает третье место в мире по скорости (теоретический пик производительности Sequoia — 20 петафлопсов, или 20 триллионов вычислений в секунду).
Стабильно компьютер работает при 10 петафлопсах. Используется Sequoia для поддержки различных научных приложений, изучения астрономии, энергетики, человеческого генома, изменения климата и разработки ядерного оружия.
ASC Purple и BlueGene/L (США) — 290 млн долларов
Эти два суперкомпьютера работали вместе. Они были построены IBM и установлены в 2005 году в Ливерморской национальной лаборатории. Из эксплуатации они были выведены в 2010 году. На момент создания ASC Purple занимал 66-е место по скорости в списке топ-500 суперкомпьютеров, а BlueGene/L был предыдущим поколением модели BlueGene/Q.
ASC Purple был построен для пятого этапа программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных Министерства энергетики США, а также Национальной администрации по ядерной безопасности. Его целью являлась симуляция и замена реальных испытаний оружия массового уничтожения. BlueGene/L использовали для прогнозирования глобального изменения климата.
Sierra и Summit (США) — 325 млн долларов
Nvidia и IBM скоро помогут Америке вернуть лидирующие позиции в области сверхскоростных суперкомпьютерных технологий, научных исследований, а также экономической и национальной безопасности. Оба компьютера будут закончены в 2017 году.
В настоящее время самым быстрым суперкомпьютером в мире является китайский Tianhe-2, который способен достигнуть мощности в 55 петафлопсов, что в два раза больше, чем устройство, находящееся на втором месте в списке. Sierra будет выдавать более чем 100 петафлопсов, в то время как Summit сможет развить 300 петафлопсов.
Sierra, которая будет установлена в Ливерморской национальной лаборатории, будет обеспечивать безопасность и эффективность ядерной программы страны. Summit заменит устаревший суперкомпьютер Titan в национальной лаборатории Oak Ridge и будет предназначаться для тестирования и поддержки научных приложений по всему миру.
Tianhe-2 (Китай) — 390 млн долларов
Китайский Tianhe-2 (что переводится как «Млечный Путь — 2») является самым быстрым суперкомпьютером в мире. Компьютер, разработанный командой из 1300 ученых и инженеров, находится в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Он был построен китайским Оборонным научно-техническим университетом Народно-освободительной армии Китая. Tianhe-2 способен выполнять 33 860 триллионов вычислений в секунду. К примеру, один час расчетов суперкомпьютера эквивалентен 1000 годам работы 1,3 миллиарда человек. Используется машина для моделирования и анализа правительственных систем безопасности.
Earth Simulator (Япония) — 500 млн долларов
«Симулятор Земли» был разработан японским правительством еще в 1997 году. Стоимость проекта составляет 60 млрд иен, или примерно 500 млн долларов. Earth Simulator был завершен в 2002 году для агентства аэрокосмических исследований Японии, Японского научно-исследовательского института по атомной энергии и Японского центра морских и наземных исследований и технологий.
ES был самым быстрым суперкомпьютером в мире с 2002 по 2004 год, а служит он и поныне для работы с глобальными климатическими моделями, для оценки последствий глобального потепления и оценки проблем геофизики коры Земли.
Fujitsu K (Япония) — 1,2 млрд долларов
Самый дорогой в мире суперкомпьютер всего лишь четвертый по скорости в мире (11 петафлопсов). В 2011 году он был самым быстрым суперкомпьютером в мире. Fujitsu K, расположенный в Институте передовых вычислительных технологий RIKEN, примерно в 60 раз быстрее, чем Earth Simulator. На его обслуживание уходит порядка 10 млн долларов в год, а использует суперкомпьютер 9,89 МВт энергии (сколько используют 10 000 загородных домов или один миллион персональных компьютеров).
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Читайте также: