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全球最大“人造大脑”启动,100万ARM芯片,每秒200万亿次操作

2018-11-07
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EEWorld

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大脑是身体中最庞大的器官,也是最难解开的器官。科学家已经开发出多种要领来更好地了解大脑,包罗使用超级盘算机。


世界上最大的神经形态超级盘算机?

Spiking Neural Network Architecture(SpiNNaker)日前首次启用,它拥有100万个处置惩罚器内核,每秒可执行200万亿次操作。


SpiNNaker已有20年的历史,由曼彻斯特大学盘算机科学学院设计和制作,这期间花费了1500万英镑(近1.3亿人民币)的经费。该项目最初获得了工程和物理科学研究委员会(EPSRC)的支持,但最近由欧洲人脑项目资助。


曼彻斯特大学机房


SpiNNaker并不是第一款接纳100万处置惩罚器内核的超级盘算机,但它仍然很是奇特,因为它的设计模仿了人类的大脑。大多数盘算机通过尺度网络将信息从一个点发送到另一个点。SpiNNaker将少量信息发送到数千个点,类似于神经元如何通过大脑通报化学物质和电子信号。


盘算机工程教授SteveFurber博士评论道,“SpiNNaker完全重新界说了传统盘算机的事情方式。我们基本上缔造了一种机械,它的事情方式更像是大脑,而不是传统的盘算机,这很是显得独具匠心的厉害。”


SpiNNaker背后的团队希望,这台机械能够资助他们“通过运行前所未有的大规模模拟,从而解锁人类大脑如何运作的秘密”。SpiNNaker开发人员计划建设一个可以模拟10亿个生物神经元的超级盘算机。人脑含有近1000亿个通过1000万亿个突触连接的神经元。SpiNNaker让我们更接近于更好地理解人类大脑。


美国能源部的橡树岭国家实验室(ORNL)超级盘算机“Summit”


超级盘算机最初是在20世纪60年代推出的,但在已往十年中变得越来越流行和强大。美国能源部的橡树岭国家实验室(ORNL)超级盘算机“Summit”最近获得了世界上最快的超级盘算机的荣誉。美国能源部计划利用Summit进行能源,先进质料和人工智能研究,并更多地了解癌症和老年痴呆症等疾病。凭据英伟达CEO黄仁勋的说法,SpiNNaker、Summit和其他超级盘算机是其中的一部门。


“人类所有知识的竞赛——一场了解一切的竞赛。”


曼彻斯特大学教授、英国皇家学会会员、加入设计了 ARM 芯片的?Steve Furber,准备用 100 万个 ARM 微处置惩罚器缔造一个大脑的电子模型。2016年8月,欧洲自然科学基金(EPSRC)最新一期 Pioneer 杂志,用封面文章对 Furber 和他的弘大计划做了介绍。



(文/Mark Mallett)1981 年,才从剑桥大学博士结业的 Steve Furber 出任卖力人,领导团队为艾康电脑(Acorn)旗下的 BBC Micro 盘算机设计硬件。Furber 厥后与人联合开发了 Acorn RISC Machine (ARM)32 比特微处置惩罚器,也是已往半个世纪英国最重要的一项发现。1987 年,ARM 上市销售,迄今销量已逾百亿台。


ARM 处置惩罚器的重要特性在于将高性能与很是低的能耗结合在一起,延长电池使用寿命,很是适用于智能手机、平板电脑等移动设备。据预计,如今有约莫 750 亿台安装有 ARM 微处置惩罚器的设备,全部联网设备中的 75% 都由 ARM 驱动。


1990 年,Steve Furber 离开艾康,在曼彻斯特大学任教,如今他已是盘算机工程 ICL 教授,盘算机科学博士培养 EPSRC 中心卖力人。自上世纪 90 年代起,他一共接受了 30 多项英国自然科学基金(EPSRC),总额凌驾 2000 万英镑。


在 Furber 离开艾康电脑几个月后,公司的研发部门建设了 ARM 有限公司,如今世界领先的亿博娱乐平台 IP 公司。

盘算机硬件设计的天才


故事始于 1977 年,Stever Furber 那时还在写他航天动力学博士论文。Furber 利用空余时间,制作而且编程了一台盘算机,希望用这台盘算机写论文。Furber 用他所谓的全新技术制作了这台机械,要害是使用了从美国购置而且空运回来的微处置惩罚器。微处置惩罚器是如今盘算机的焦点,然而在 1977 年还处于婴儿期,一些技术喜好者仍然喜欢用逻辑门而不是微处置惩罚器。




Furber 的喜好让他结识了艾康电脑的首创人 Chris Curry 和 Hermann Hauser。厥后,Furber 开始为艾康打零工。在 Furber 剑桥博士研究生涯的最后,艾康谈下了制造 BBC Micro 的票据,作为盘算机认知项目(Computer Literacy Project)的一部门。Furber 在这个项目上与 Sophie Wilso 相助,后者是软件工程天才,也是盘算机语言 BBC BASIC 的发现人。


受美国微处置惩罚器革命的影响,并去到美国进行实地考察后,Furber 和 Wilson 决定自己设计处置惩罚器,那时他们已经是艾康的全职员工。他们的任务是为一台“经济型”桌面盘算机设计处置惩罚器。


Hermann 对乐成很是有信心。他指出其时艾康的两大竞争对手——英特尔和摩托罗拉,称后者既没有钱也没有人。事实也确实差不多如此。Furber 体现,其时他们确实没有几多选择,处置惩罚器必须很自制,因此他们选择使用塑料,此外,他们还必须确保处置惩罚器能耗不高,这样运行时温度才不会过高,整体不会泛起问题。


1985 年 4 月 26 日,他们首次激活了原型机,但供电却出了问题。“我们原本计划将它用于台式盘算机,”Furber 说:“结果却发现处置惩罚器适用于移动设备。”当初低能耗并不在原定目标内,泛起这样的结果,是因为结构简朴。


1987 年这款台式机销售,市场体现令人失望。厥后,苹果公司将这款处置惩罚器用在了 Newton PDA 上面。尽管问世时间不长,但 Newton 的影响照旧很大。厥后,在上世纪 90 年代中期,诺基亚选择使用 ARM 处置惩罚器作为移动手机的芯片。剩下的故事各人都已经知道了。


ARM 的乐成要害在于商业模式高度集中,而且自公司建设之后变没有改动过。ARM 设计芯片,但同时也允许其他公司生产处置惩罚器,因此能够确保预算流程中分配并指定至资源或部门的间接用度和未偿清债务相对较低。


Furber 说:“在英国有一种普遍的看法认为,英国人做研究,然后美国人进行探索并赚钱。我认为 ARM 是这个的最佳反例,我们把美国的研究拿过来做成了商业上的乐成。”


2016 年 7 月,ARM 董事会决定以 243 亿美元的价钱出售给日本软银公司。ARM 方面体现,这笔交易将会使合并后的团体“充实掘客物联网机缘”。


但一个 30 年前设计的芯片能在 21 世纪深入人类大脑的领先研究中做什么呢?


用一个词说,答案就是“能量”。


开始新的突破


如今,世界越来越依赖盘算机强大的处置惩罚器。Furber 的研究也处在几项国际研究的前沿,其中包罗欧洲自然科学基金资助下的几项大的挑战。


如今,我们已经在条记本、智能手机宁静板电脑中,使用双核、四核乃至八核处置惩罚器,但“嵌入式”多核技术的潜力是随着核数量的增多而增大的;不停增加核的数量,也会带来超级强大的可移动设备和智能技术,从预测交通信号灯到智能 MRI 扫描仪再到无人驾驶汽车和“智慧的”家用机械人。


Furber 说:“新一代的嵌入式系统将改变我们事情、商业、购物、旅行以及进行种种各样事情的方式,而低能耗和稳定性将是其中的要害。”


“最终,这些系统将塑造一个全新的数字时代。”


现在,Furber 和他的团队正在致力于研究并行盘算系统,也就是将一大批处置惩罚器在同一时间进行盘算。


然而,并行的处置惩罚器数量越多,挑战也就越大,稳定性和可连续性就成了要害,好比软件连续流畅运行的时间,以及硬件使用寿命等等。




近来,欧洲自然科学基金资助项目专注于一系列问题,研究人员讨论的话题从开发口袋巨细的超级盘算机,到连接有机物与电子元件的“智能”假肢。其中,最为雄伟的项目照旧制作一个电子大脑。


这个电子大脑由人脑结构启发而来,Steve Furber 和他的团队正在实验一项斗胆的研究计划。被称为 SpiNNaker(Spiking Neural Network Architecture),这个系统与今天所有的盘算系统都大为迥异。


SpiNNaker 主要由欧洲自然科学基金资助,其基础是由 100 万个 ARM 处置惩罚器并行组成的盘算平台,模仿人脑神经元实时发送信号的方式。


现在,SpiNNaker 能够建模到达人脑百分之一的比例,是人脑的第一个低功耗、大规模数字模型。有了它,研究人员将能够精确地模拟脑区,而且测试有关大脑事情的假说。


SpiNNaker 是斥资 10 亿欧元打造的欧洲人脑计划的一部门。欧洲人脑计划联合了 100 多所高校、企业研究院和其他科研机构,笼罩从神经科学、盘算科学和脑科学相关医药领域,一起通力打造信息和通信技术为基础的研究基础设施。


团队希望从 SpiNNaker 获得的洞见能够资助他们开发强有力的工具,应对抑郁症、阿尔茨海默氏症等脑相关的疾病。此外,他们还希望相关信息能够资助他们建设一个超快且低能耗的下一代芯片。


能量是要害


能量在这里又一次成了要害,也是 Furber 和他的团队想要揭开大脑秘密的要害之一。为何大脑能够利用如此少的能量,进行如此强大的盘算?


“人脑约莫以 20~25 瓦的能量运行,和节能灯一样。”Furber 说,现在的技术完全无法到达这一点。“对于一个与大脑等比例的盘算模型,消耗的能量或许在几十兆瓦。”


“在可以预见的未来,你基础无法把这样一个系统安装到可以移动、说话的机械人里面——你得在里面修一座核电站才气让盘算机运行。”


“在开发原始 ARM 芯片和 SpiNNaker 的历程中有许多可以类比的地方,两者都消耗不到一瓦特的电量,两者都装在塑料外包装里。两者的设计都由简朴这一条基准线主导,虽然在规模上不行同日而语。”


让我们用 ARM 有限公司的 CEO Mike Muller 的话做结束语,他说:“Steve 是 ARM 家庭的一员,这个项目是与他和曼彻斯特大学相助绝好的方式,也是 ARM 促进英国科研世界领先的绝妙手段。”


来源:亿博娱乐平台头条@虚拟现实未来


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