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IBM开发具辨识能力的类人脑芯片

文章出处：责任编辑：作者：人气：-发表时间：2014-08-11 15:15

至今全世界最像人脑的电脑晶片一直由IBM所主导开发，该公司在Cornell Tech与iniLabs, Ltd等公司的携手合作下，为美国国防部先进研究计划署(DARPA)的神经形态自适应塑料可微缩电子(SyNAPSE)系统计划打造先进的「类人脑晶片」。

「当我们在六年前启动 SyNAPSE 计划时，很多人认为不可能实现，」IBM院士兼IBM Research脑启发运算研究中心首席科学家Dharmendra Modha表示，「但是现在我们已经证明它是可能的，而且我们正致力于使其于未来实现商业化。」

IBM的SyNAPSE 晶片拥有1百万个人工神经元(类脑细胞)和2.56亿个突触(储存单元)，以及4,096个称为「神经突触」(neurosynaptic)的处理核心执行作业，并整合记忆体、运算、通讯，以及以一种非同步事件驱动、平行与容错的方式作业。

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IBM的neurosynaptic处理器在单一晶片上整合了1百万个神经元以及2.56亿个突触。

（来源：IBM）

「这款处理器整合了54亿个电晶体，可说是IBM有史以来最大的晶片，而且，据我们所知是至今全世界最大型的晶片，但功耗仅70mW，」Modha说。

为了衡量这一庞大的晶片的性能，IBM发明了一种新的度量标准——每秒突触运算(synaptic operations per second；SOPS)，以取代每秒浮点运算(FLOPS)性能。

「该晶片可提供每瓦460亿的SOPS，这款相当于一张邮票大小的超级电脑重量却轻如羽毛，所需的电源也仅约一款助听器的用量，」Modha说，「它可作为监控感测器、行动装置、执行云端服务以及超级运算的理想应用。」

该架构每平方公分消耗20mW功耗，比当今微处理器所需的功率更低5,000倍以上。该晶片架构基于先前在每个neurosynaptic核心中内含256个神经元的上一代晶片。而在这款第二代晶片中，IBM不仅为其缩减了15倍的晶片面积、功耗降低100倍，同时还为每个晶片增加至4096个核心。

该核心由晶片上网状网路以及相邻晶片间直接连结的方式进行连结。各晶片之间无缝地彼此连接，以期形成未来neurosynaptic超级电脑的基础。此外，为了证明其可扩展性，IBM并展示了一款16晶片的系统，可将晶片架构扩展至1,600万个可编程的神经元以及40亿个可编程的突触，其终极目标在于达到人脑神经系统所需的100兆或更多个突触。

「我们认为，这款晶片为这款具有全新架构、无与伦比的规模、速度、功效和可扩展性的neurosynaptic电脑，建立了一个全新的里程碑，」Modha说。

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该晶片(左)布局是由64x64个神经突触核心阵列组成，每个核心(右)内含256颗神经元以及65,536个突触，以实现密集运算、储存与通讯。

（来源：IBM）

IBM表示，经由整合处理、储存与通讯，目前已能消除令人生畏的von Neumann瓶颈––迫使传统微处理器求助于多层次功耗快取。而且，由于所有的核心以平行方式执行，不必再以GHz级的功耗作业。事实上，1kHz晶片时脉可用于离散神经元动态。而藉由在整个晶片上平均分散核心，使该架构具备容错能力；任何核心错误都不至于影响运算结果。

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为了展示晶片至晶片的无缝通讯能力，IBM构建出一款16晶片以单一网路测试的电路板。

（来源：IBM）

该晶片采用三星(Ｓamsung)的28nm制程制造，以实现高密度的晶片记忆体与低泄漏电晶体性能。Modha表示该晶片第一次上电就能完美的运作。

Modha的公司目前正忙于开发一款新的模拟器、新的编程语言、新的编程环境、新的工具库、新的演算法以及新的教学课程，旨在创造一个全球化的应用生态系统。透过将运算元件移动至更接近感测器以及整合不同类型的感测器，研究人员们希望能够打造出具有更佳配备的neurosynaptic电脑，以便有效处理即时数据串流的多种意义。

「我们开始与大学以及业界合作夥伴共同讨论各种相关应用，例如在相机上内建物件辨识功能，或利用多感测器融合来实现听觉处理，」Modha说，「而在汽车和医疗设备中，可以采用收集的方式来处理资料，或者是能完全意识环境变化的智慧型手机等应用。」

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