IBM在 4月初于美國加州舉行的年度國際物理設(shè)計研討會(International Symposium on Physical Design 2016,，ISPD)公布了其根據(jù)人腦結(jié)構(gòu)所設(shè)計的神經(jīng)型態(tài)混合訊號晶片TrueNorth現(xiàn)況,，包括其晶片架構(gòu),、評估板陣列,、參考設(shè)計系統(tǒng)以及軟體生態(tài) 系統(tǒng),。
在ISPD期間,，IBM暢談該公司的類人腦電腦計劃,，期望該公司將成為家喻戶曉的品牌,，支援包括超智慧物聯(lián)網(wǎng)(IoT)到超智慧車輛,、攝影機、無人機,、醫(yī)療裝置,，以及當(dāng)然還有超智慧超級電腦等等應(yīng)用。
IBM的低功耗神經(jīng)型態(tài)電路設(shè)計師(Low-Power Neuromorphic Circuit Designer) Filipp Akopyan 在一篇題為“IBM TrueNorth 設(shè)計與工具流程：一顆內(nèi)含百萬神經(jīng)元的超低功耗可編程神經(jīng)型態(tài)晶片(An Ultra-Low Power Programmable Neurosynaptic Chip with 1-Million Neurons)”中,，介紹了該公司的相關(guān)軟硬體與支援生態(tài)系統(tǒng),。
IBM的類人腦晶片架構(gòu)，是透過研究人腦的皮層神經(jīng)元發(fā)展而來
Akopyan表示,，IBM的TrueNorth晶片目標(biāo)是網(wǎng)路邊緣(Edge-of-the-Net)以及巨量資料(Big Data)解決方案,，支援以超低功耗元件處理大量即時資料──該內(nèi)含54億個電晶體的神經(jīng)型態(tài)晶片,，耗電量僅700毫瓦(milliWatts)。
“今日我們正用行動裝置制造大量資料,，必須由云端電腦來處理,，但TrueNorth 可配置在網(wǎng)路邊緣，讓資料流饋入并進行處理,，被傳送到云端的只有重要項目以及摘要;”Akopyan 指出：“但運算資源卻正往錯誤的高功率方向發(fā)展,，它們最好要被降低到生物性水準(zhǔn)?！?/p>
IBM以神經(jīng)型態(tài)核心(neuromorphic core)──也就是一批與樹突(dendrites,，輸入端)與軸突(axons，輸出端)連結(jié)的神經(jīng)元──為起點,，任何一個神經(jīng)元都能傳送訊息──稱 為棘波(spike)──到其他任何一個神經(jīng)元做為1或是0 (電壓脈沖或棘波),。
晶片上的神經(jīng)元能傳送/接受來自任何其他晶片神經(jīng)元的訊息──這是更佳的通訊方法，因為稀疏的本地通訊不只像是大腦里所進行的那樣,，而且可達(dá)到最低的訊號延遲,。任何神經(jīng)元也能傳送訊息到晶片外，甚至電路板外的神經(jīng)元,，但延遲會較高,。
TrueNorth 晶片規(guī)格
TrueNorth能實現(xiàn)70毫瓦功耗的關(guān)鍵是采用異步邏輯(asynchronous logic)，整個晶片除非是某特定神經(jīng)元正被開啟應(yīng)用于與其他神經(jīng)元通訊期間,，其功率消耗為零,。在結(jié)構(gòu)上，其內(nèi)含的54億電晶體如果采用同步架構(gòu),，可能 會消耗50~100瓦,，但異步架構(gòu)使其功耗降到最低。為了實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上的任何神經(jīng)元相互連結(jié),，晶片上有一個巨大的縱橫栓開關(guān)(crossbar switch),。
獨特的晶片設(shè)計工具
IBM采用來自眾多EDA供應(yīng)商的工具來設(shè)計TrueNorth晶片，包括Cadence,、Synopsys以及Spice,，但也不得不自己開 發(fā)EDA工具來支援部分同步、部分異步架構(gòu)的共同設(shè)計,。由IBM自行開發(fā)的工具命名為CoSim,，顧名思義，該工具能讓晶片的不同部分,，在不同工具上同步 進行共同模擬,。
“我們使用不同的模擬器來設(shè)計TrueNorth晶片的不同部分，”Akopyan表示：“我們的CoSim工具能提供混合式的工具流程，以支 援TrueNorth的客制化共同模擬,?！倍鳬BM的開發(fā)成果，是一個由64×64,、共4,，096個神經(jīng)型態(tài)核心組成的中央陣列，每個核心有256個神經(jīng) 元以及64k記憶體突觸;整個晶片有2.56億突觸,、54億個電晶體,、功耗僅70毫瓦。
此外那些神經(jīng)型態(tài)核心能無限制組合,，讓未來的神經(jīng)型態(tài)記憶體能擴展成更大的晶片;目前IBM的TrueNorth晶片采用Samsung的28 奈米低功耗制程,。為向潛在客戶(從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商到軍用無人機、超級電腦制造商)展示TrueNorth晶片的功能,，IBM打造了單晶片單電路板,，也有 內(nèi)含16片、48片電路板的機箱,，以及內(nèi)含16顆TrueNorth的單片電路板,。
未來IBM還計畫打造配備64、256,、1,，024、4,，096顆TrueNorth晶片的電路板,，最后一種的功能可達(dá)到人腦能力的1%。 IBM并有一個針對TrueNorth的軟體開發(fā)與應(yīng)用城市開發(fā)生態(tài)系統(tǒng),，更多資訊可連結(jié)TrueNorth的官方網(wǎng)站;點擊以下原文連結(jié)也可看到更多 IBM在ISPD的簡報圖片。