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IBM在4月初于美國加州舉行的年度國際物理設計研討會（International Symposium on Physical Design 2016，ISPD）公布了其根據人腦結構所設計的神經型態混合信號芯片TrueNorth現況，包括其芯片架構、評估板陣列、參考設計系統以及軟件生態系統。 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，支持包括超智能物聯網（IoT）到超智能車輛、攝影機、無人機、醫療裝置，以及當然還有超智能超級電腦等等應用。 IBM的低功耗神經型態電路設計師（Low-Power Neuromorphic Circuit Designer） Filipp Akopyan 在一篇題為“IBM TrueNorth 設計與工具流程：一顆內含百萬神經元的超低功耗可編程神經型態芯片（An Ultra-Low Power Programmable Neurosynaptic Chip with 1-Million Neurons）”中，介紹了該公司的相關軟硬件與支持生態系統。 Akopyan表示，IBM的TrueNorth芯片目標是網絡邊緣（Edge-of-the-Net）以及海量資料（Big Data）解決方案，支持以超低功耗元件處理大量即時資料──該內含54億個電晶體的神經型態芯片，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 可配置在網絡邊緣，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展，它們最好要被降低到生物性水準。” IBM以神經型態核心（neuromorphic core）──也就是一批與樹突（dendrites，輸入端）與軸突（axons，輸出端）連結的神經元──為起點，任何一個神經元都能傳送訊息──稱為棘波（spike）──到其他任何一個神經元做為1或是0 （電壓脈沖或棘波）。 芯片上的神經元能傳送/接受來自任何其他芯片神經元的信息──這是更佳的通信方法，因為稀疏的本地通信不只像是大腦里所進行的那樣，而且可達到最低的信號延遲。任何神經元也能傳送訊息到芯片外，甚至電路板外的神經元，但延遲會較高。 TrueNorth能實現70毫瓦功耗的關鍵是采用異步邏輯（asynchronous logic），整個芯片除非是某特定神經元正被開啟應用于與其他神經元通信期間，其功率消耗為零。在結構上，其內含的54億電晶體如果采用同步架構，可能會消耗50~100瓦，但異步架構使其功耗降到最低。為了實現在結構上的任何神經元相互連結，芯片上有一個巨大的縱橫栓開關（crossbar switch）。 獨特的芯片設計工具 IBM采用來自眾多EDA供應商的工具來設計TrueNorth芯片，包括Cadence、Synopsys以及Spice，但也不得不自己開發EDA工具來支持部分同步、部分異步架構的共同設計。由IBM自行開發的工具命名為CoSim，顧名思義，該工具能讓芯片的不同部分，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計TrueNorth芯片的不同部分，”Akopyan表示：“我們的CoSim工具能提供混合式的工具流程，以支持TrueNorth的客制化共同模擬。”而IBM的開發成果，是一個由64×64、共4，096個神經型態核心組成的中央陣列，每個核心有256個神經元以及64k記憶體突觸；整個芯片有2.56億突觸、54億個電晶體、功耗僅70毫瓦。 此外那些神經型態核心能無限制組合，讓未來的神經型態記憶體能擴展成更大的芯片；目前IBM的TrueNorth芯片采用Samsung的28奈米低功耗制程。為向潛在客戶（從物聯網設備制造商到軍用無人機、超級電腦制造商）展示TrueNorth芯片的功能，IBM打造了單芯片單電路板，也有內含16片、48片電路板的機箱，以及內含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芯片的電路板，最后一種的功能可達到人腦能力的1%。IBM并有一個針對TrueNorth的軟件開發與應用城市開發生態系統，更多資訊可連結TrueNorth的官方網站；點擊以下原文連結也可看到更多IBM在ISPD的簡報圖片。 來源：eetaiwan |
