“仿人腦超級計(jì)算機(jī)”已經(jīng)在美國空軍服役。這種超級計(jì)算機(jī)采用了IBM的TrueNorth神經(jīng)形態(tài)64芯片數(shù)組，適合飛機(jī)，以及尺寸、重量和功耗受限的其他嵌入式、行動(dòng)和自動(dòng)系統(tǒng)等潛在應(yīng)用使用。電子模塊
這種電子大腦(E-brain)擁有超過6400萬個(gè)神經(jīng)元和160億個(gè)突觸，其神經(jīng)突觸數(shù)組可以執(zhí)行實(shí)時(shí)的模式識別和感覺處理，而且速度和精確度都要高于人類大腦，功耗只需10W。
戰(zhàn)斗機(jī)駕駛員越來越多依靠自動(dòng)識別技術(shù)來區(qū)分?jǐn)澄?，以為了保持意識清醒和高度警惕，飛機(jī)的速度和可操控性已經(jīng)接近駕駛員能力的極限。在空戰(zhàn)中，空中充滿了防空火炮、火箭彈、無人機(jī)、照明彈、誘餌，使人類駕駛員無法識別真正的目標(biāo)，而TrueNorth電子大腦數(shù)組使用64顆芯片來區(qū)分真目標(biāo)
和假目標(biāo)，而且如果功耗能夠做到像人腦那么低，理論上它可以在64顆芯片原型基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展，從而能夠同時(shí)處理任何數(shù)量的實(shí)時(shí)識別任務(wù)。
美國空軍不僅想在飛機(jī)上測試IBM的電子大腦理論，還想在從無人機(jī)到機(jī)器人的各種嵌入式、移動(dòng)和自動(dòng)應(yīng)用中進(jìn)行測試。他們沒有對潛在軍事用途的數(shù)量作任何限制，并且暗示可以拓展到民用領(lǐng)域。
“羅馬、紐約的空軍研究實(shí)驗(yàn)室是TrueNorth系統(tǒng)及其生態(tài)系統(tǒng)的最早采納者，也是神經(jīng)形態(tài)運(yùn)算的基地。許多美國境內(nèi)和國際政府機(jī)構(gòu)都在透過它研究TrueNorth。”IBM院士兼IBM Research-Almaden中心(位于加州圣何塞)負(fù)責(zé)仿人腦運(yùn)算的首席科學(xué)家Dharmendra S. Modha告訴筆者：“TrueNorth生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)在在全球五大洲的40多個(gè)科研院所和大學(xué)中都有使用。”
圖1 IBM院士兼IBM Research-Almaden中心負(fù)責(zé)仿人腦運(yùn)算的首席科學(xué)家Dharmendra Modha開發(fā)的IBM TrueNorth神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)，能夠以最低的功耗提供超級運(yùn)算人工智能(AI)功能。
Modha指出：“IBM已經(jīng)將TrueNorth神經(jīng)元的數(shù)量從2011年的256個(gè)增加到了2017年的6400萬個(gè)，換句話說，從2011年以來每年增加800%。”在這段時(shí)間內(nèi)，IBM證實(shí)“TrueNorth在用深度網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行映像推理方面特別高效能”，針對CIFAR-100數(shù)據(jù)集的處理速度超過7000幀/秒/瓦，這是加拿大研究院用于物體識別的數(shù)據(jù)集?；鶞?zhǔn)檢驗(yàn)表明只需200mW，就能提供1500幀/秒的分析能力。
圖2 IBM Research使用IBM TrueNorth神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)，為美國空軍開發(fā)的人工智能超級運(yùn)算電子大腦的藝術(shù)渲染效果圖。
在美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)制造的TrueNorth電子大腦旨在使大型深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)訓(xùn)練成為可能，即使1~10Hz頻率速度的原型也能使大規(guī)模芯片數(shù)組的功耗低于一個(gè)Power8處理器。
圖3 可以超級隱形模式飛行的黑色涂裝(左下角)和白色涂裝(右上角)F-18飛機(jī)將成為電子大腦原型的候選用機(jī)。
除了目標(biāo)識別外，TrueNorth電子大腦的神經(jīng)突觸64芯片數(shù)組還能提供其他實(shí)時(shí)的人工智能功能，比如視訊分析、語音識別、機(jī)器語言翻譯、音頻和文本分析、信息發(fā)現(xiàn)，以及擴(kuò)展針對民用應(yīng)用的類似任務(wù)。
TrueNorth電子大腦的神經(jīng)突觸64芯片數(shù)組可以接受多個(gè)分布式輸入，并將它們‘融合’起來執(zhí)行感知(右腦負(fù)責(zé))和符號處理(左腦負(fù)責(zé))功能，而且其執(zhí)行速度快過傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，因而可以形成總體情形意識。由于能夠同時(shí)執(zhí)行并列的數(shù)據(jù)流處理和并列的模型分析，TrueNorth電子大腦可以在生命危在旦夕的復(fù)雜戰(zhàn)爭情形中勝過人腦。
圖4 整合64芯片數(shù)組TrueNorth神經(jīng)突觸處理器的超級運(yùn)算電子大腦的駕駛艙應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)深度網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和實(shí)時(shí)信息發(fā)現(xiàn)。
整個(gè)TrueNorth電子大腦的神經(jīng)突觸64顆芯片數(shù)組安裝在一個(gè)4U(7英吋高)機(jī)架插槽內(nèi)，因此一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架內(nèi)可以安裝8個(gè)鏈接系統(tǒng)。數(shù)組中的每個(gè)處理器使用540萬個(gè)晶體管，這些晶體管分布在擁有100萬個(gè)數(shù)位神經(jīng)元和2.56億個(gè)突觸的4096個(gè)核心之間。
圖5 由于具有超慢時(shí)鐘速率，IBM TrueNorth神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)芯片能以超低功耗提供人工智能超級運(yùn)算電子大腦功能，從而成為人類大腦強(qiáng)而有力的競爭對手。
據(jù)悉，TrueNorth的資金最初來自于美國國防部高級研究計(jì)劃署與康乃爾大學(xué)(Cornell University)合作的神經(jīng)形態(tài)自適應(yīng)可塑可擴(kuò)展電子系統(tǒng)(SyNAPSE)項(xiàng)目。
