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●PEZY、現状の1000倍の性能を持つ人工知能エンジンの開発を開始
2016年5月18日に開催された「第1回全脳アーキテクチャシンポジウム」においてPEZY Computingの齊藤社長が、「Deep Insights(ディープインサイツ)」という会社を新たに設立し、現状の1000倍の性能を持つ人工知能エンジンの開発に乗り出すことを明らかにした。

同シンポジウムを主催する「全脳アーキテクチャ・イニシアティブ(The Whole Brain Architecture Initiative:WBAI)」は、人間の脳に学び、脳を超える汎用人工知能を構築しようというイニシアティブで、ドワンゴの人工知能研究所所長の山川宏氏が代表、東京大学(東大)の松尾豊 准教授と理化学研究所(理研)の生命システム研究センターの高橋恒一氏が副代表を務める。PEZY Computingは、このWBAIの創設賛助会員になっている。

以前、「ExaFlops一番乗りを狙う - PEZYグループの野望」というレポートで、PEZYが2019年に1ExaFlopsのスーパーコンピュータ(スパコン)の開発を目指していることを紹介したが、PEZYグループとしては、このスパコン開発と並行して非ノイマン型の汎用人工知能用のハードウェア、そしてノイマン型の人工知能エンジンの開発を行うことが今回、明らかにされた。

2013年に理研らは京コンピュータの全系を使って、17億3000万個の神経細胞が10兆4000億個のシナプスで結合された脳神経回路の1秒間相当の動作をシミュレーションすることに成功したと発表した。しかし、この規模は人間の脳の約1%で、そのシミュレーションには40分を要している。つまり、1000倍の速度のシミュレーションエンジンができれば、人間の脳全体の1秒間の動作を4分でシミュレーションできるという計算になる。

また、電気通信大学の山崎匡 助教は理研に設置されているPEZY/ExaScaler製のShoubu(菖蒲)スパコンを用いて猫の小脳のシミュレーションを行っており、猫の小脳の実時間でのシミュレーションに成功したという。この成果は2016年6月8日の理研シンポジウムで発表される予定である。このような成果はあるが、脳のシミュレーションは、まだまだ、ハードウェアの性能が不足という状況である。

脳の機能をハードウェアで実現しようという研究は数多く行われており、次の図は、横軸にハードウェアの複雑度を取り、縦軸は、上側が新型コンピュータを構築することを目的とするもの、下側が脳の動作の再現を目指すものという観点から、これらの研究を分類してプロットしたものである。現在、最も複雑度が高いのは欧州が進めている「Human Brain Project」であるが、まだ、人間の脳の全系の実時間シミュレーションの実現には距離がある。PEZYの目標は右端に書かれているように野心的で、圧倒的に大きな神経回路網を扱うことができ、新型コンピュータの構築から脳の動作の再現まで、すべての目的に使えることを目指している。

●いかにして1000倍の性能向上を実現するのか
実現の方法であるが、スパコン側のチップと同様に、半導体チップの極薄化と磁界結合を活用することを考えている。

慶應義塾大学の黒田先生考案の磁界結合による3D積層されたチップ間の通信は、チップの厚みを薄くすると、それに比例してコイルの直径を小さくでき、データレートも上げられる。結果として、面積当たり8倍の速度でデータを伝送できるようになり、微細化と相性が良いという。

ニューロンは、多数のシナプスを持ち、それぞれのシナプスは異なるニューロンに情報を伝達する。電気回路的にいうと、非常に大きなファンアウトが必要になる。磁界は複数の極薄チップを通り抜けて、複数のチップに同時に信号を送ることができるので、大きなファンアウトの実現が容易であるという。また、磁界結合自体はアナログ現象であり、磁界結合の強さを変えることにより、シナプスの結合の重みづけを変えられる可能性もあり、ニューロンを模倣するのに適しているという。

PEZYグループの開発ロードマップは、次のようになっている。2017年? には100PFlops、2019年? には1ExaFlopsというスパコンの開発ロードマップと並列して、人工知能の開発ロードマップが描かれている。ハードウェアの7割は共通技術で開発・製造が可能と見ている。

国内の研究・臨床機関やWBAIなどの研究で、脳の機能の解明が進むと見ており、その成果を利用しながら、PEZYグループとしては、2020年ころには前述の極薄ウェハと磁界結合を使うハードウェアを実現する。そして、2025年ころには、ソフトウェアによるシミュレーションではなく、ハードウェアが脳の機能を持つようにし、自己進化機能も持たせるという。こうなれば、人工知能が爆発的に進歩する特異点が出現することになる。

これまでPEZYグループは、メニーコアの計算チップを開発するPEZY Computing、浸漬液冷を使うコンピュータシステムを開発するExaScaler、磁界結合の3D積層DRAMを開発するUltraMemoryの3社体制であったが、この6月にも高効率の人工知能ハードウェアを開発するDeep Insightsを創立して開発を開始するという。

このDeep Insightsの開発するハードウェアはノイマン型プロセサであるが、独自の構成と製造手法を使うことにより、Deep Learningなどの人工知能処理をこれまでのハードウェアに比べて大幅に高速化することを狙っている。

これまでの開発ノウハウなどをベースに、2年後に7nmプロセスを使って速度と集積密度の双方を上げることで10倍、磁界結合による大容量・超広帯域メモリを多チャンネル化(メモリ帯域100TB/s)してダイ上に取り込むことなどで10倍、ダイナミックな計算精度変更を可能にして、低精度演算を活用することで10倍の性能改善を得る。これらの組み合わせで、全体では1,000倍の性能改善を実現したいとしている。

なお齊藤社長は、WBAIの山川氏などに向けて、高速な人工知能エンジンを供給することで、研究を加速したいと熱望していることを強調していた。

(Hisa Ando)