IBM开发具辨识能力的类似人脑芯片—SyNAPSE.doc

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1、IBM开发具辨识能力的类似人脑芯片—SyNAPSE　　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。　　「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

2、标准——每秒突触运算（synapTIcoperaTIonsperIBM开发具辨识能力的类似人脑芯片—SyNAPSE　　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。　　「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，」Modh

3、a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（synapTIcoperaTIonspersecond；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

4、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

5、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。　　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。　　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vonNeumann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。

6、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。　　　　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

7、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。」　　　　IBM并致力于研究晶片可适应现实世界变化的学习能力。该公司计划利用在记忆体密度方面的CMOS进展、3D整合以及新的感测器技术，以实现更低功耗、更紧密的封装以及更快的速

8、度。　　这项研究计划经费约5，300万美元，分为四个阶段进行，并由DARPA提供赞助。该计划还将探索可在未来五年内实现商用化的可能性。