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至今全世界最像人腦的計算機芯片一直由IBM所主導開發，該公司在Cornell Tech與iniLabs, Ltd等公司的攜手合作下，為美國國防部先進研究計劃署(DARPA)的神經形態自適應塑料可微縮電子(SyNAPSE)系統計劃打造先進的“類人腦芯片”。 “當我們在六年前啟動SyNAPSE 計劃時，很多人認為不可能實現，”IBM院士兼IBM Research腦啟發運算研究中心首席科學家Dharmendra Modha表示，“但是現在我們已經證明它是可能的，而且我們正致力于使其于未來實現商業化。” IBM的SyNAPSE芯片擁有1百萬個人工神經元(類腦細胞)和2.56億個突觸(儲存單元)，以及4,096個稱為“神經突觸”(neurosynaptic)的處理核心執行作業，并整合內存、運算、通訊，以及以一種異步事件驅動、平行與容錯的方式作業。 
IBM的neurosynaptic處理器在單一芯片上整合了1百萬個神經元以及2.56億個突觸。（來源：IBM） “這款處理器整合了54億個晶體管，可說是IBM有史以來最大的芯片，而且，據我們所知是至今全世界最大型的芯片，但功耗僅70mW，”Modha說。 為了衡量這一龐大的芯片的性能，IBM發明了一種新的度量標準——每秒突觸運算(synaptic operations per second；SOPS)，以取代每秒浮點運算(FLOPS)性能。 “該芯片可提供每瓦460億的SOPS，這款相當于一張郵票大小的超級計算機重量卻輕如羽毛，所需的電源也僅約一款助聽器的用量，”Modha說，“它可作為監控傳感器、行動裝置、執行云端服務以及超級運算的理想應用。” 該架構每平方公分消耗20mW功耗，比當今微處理器所需的功率更低5,000倍以上。該芯片架構基于先前在每個neurosynaptic核心中內含256個神經元的上一代芯片。而在這款第二代芯片中，IBM不僅為其縮減了15倍的芯片面積、功耗降低100倍，同時還為每個芯片增加至4096個核心。 該核心由芯片上互聯網以及相鄰芯片間直接鏈接的方式進行連結。各芯片之間無縫地彼此連接，以期形成未來neurosynaptic超級計算機的基礎。此外，為了證明其可擴展性，IBM并展示了一款16芯片的系統，可將芯片架構擴展至1,600萬個可編程的神經元以及40億個可編程的突觸，其終極目標在于達到人腦神經系統所需的100兆或更多個突觸。 “我們認為，這款芯片為這款具有全新架構、無與倫比的規模、速度、功效和可擴展性的neurosynaptic計算機，建立了一個全新的里程碑，”Modha說。
該芯片(左)布局是由64x64個神經突觸核心數組組成，每個核心(右)內含256顆神經元以及65,536個突觸，以實現密集運算、儲存與通訊。（來源：IBM） IBM表示，經由整合處理、儲存與通訊，目前已能消除令人生畏的von Neumann瓶頸––迫使傳統微處理器求助于多層次功耗快取。而且，由于所有的核心以平行方式執行，不必再以GHz級的功耗操作。事實上，1kHz芯片頻率可用于離散神經元動態。而通過在整個芯片上平均分散核心，使該架構具備容錯能力；任何核心錯誤都不至于影響運算結果。
為了展示芯片至芯片的無縫通訊能力，IBM構建出一款16芯片以單一網絡測試的電路板。（來源：IBM） 該芯片采用三星(Samsung)的28nm制程制造，以實現高密度的芯片內存與低泄漏晶體管性能。Modha表示該芯片第一次上電就能完美的運作。 Modha的公司目前正忙于開發一款新的仿真器、新的編程語言、新的編程環境、新的工具庫、新的算法以及新的教學課程，旨在創造一個全球化的應用生態系統。透過將操作數件移動至更接近傳感器以及整合不同類型的傳感器，研究人員們希望能夠打造出具有更佳配備的neurosynaptic計算機，以便有效處理實時數據串流的多種意義。 “我們開始與大學以及業界合作伙伴共同討論各種相關應用，例如在相機上內部對象辨識功能，或利用多傳感器融合來實現聽覺處理，”Modha說，“而在汽車和醫療設備中，可以采用收集的方式來處理數據，或者是能完全意識環境變化的智能手機等應用。”
該芯片的低功耗與感測處理性能使其相當適于醫療、機器人、感測以及個人導航等多元化的應用。（來源：IBM） IBM并致力于研究芯片可適應現實世界變化的學習能力。該公司計劃利用在內存密度方面的CMOS進展、3D整合以及新的傳感器技術，以實現更低功耗、更緊密的封裝以及更快的速度。 這項研究計劃經費約5,300萬美元，分為四個階段進行，并由DARPA提供贊助。該計劃還將探索可在未來五年內實現商用化的可能性。 |
