TrueNorth

TrueNorth — исследовательский проект нейроморфического процессора второго поколения от компании IBM. Микрочип TrueNorth был разработан к лету 2014 года в рамках программы DARPA SyNAPSE. Процессор имеет неклассическую архитектуру (не основан на архитектуре фон Неймана) и вдохновлен некоторыми моделями работы неокортекса.^[1]

Чип TrueNorth изготовлен по планарной полупроводниковой технологии по техпроцессу 28 нм на заводе Samsung. Он содержит 5.4 миллиарда транзисторов (что делает его одним из крупнейших на момент выпуска), с помощью которых реализованы:^[1]

• один миллион эмулируемых «нейронов»
• 256 миллионов эмулируемых связей между нейронами — «синапсов».
• около 400 мегабит SRAM памяти (приблизительно 50 мегабайт)

Для организации такого количества элементов использовалось 4096 блоков («ядер») в двухмерном массиве размером 64 на 64. Каждый блок («ядро») содержит планировщик, модуль управления токенами, около 100 килобит SRAM памяти для хранения состояния «синапсов» и «нейронов», модуль коммуникации с соседними ядрами (маршрутизатор, router), и логическую реализацию «нейронов»^[1], которая позволяет каждому блоку моделировать 256 «нейронов» с частотой 1 кГц^[2]. Чип построен по асинхронной технологии, созданной в Cornell University.^[3]

Моделируются «нейроны» с двоичным состоянием (Spiking neurons; Integrate-and-fire). Вес каждого синапса кодируется 2 битами. То есть, фактически, синапс может быть возбуждающим (с фиксированным для данного нейрона весом), тормозным (тоже - с одним и тем же весом для всех синапсов одного нейрона) или отсутствующим. Синаптические связи имеют 4-битную временную задержку.^[2]

Энергопотребление чипа составляет 70—100 милливатт (при анализе видео 400×240 30 fps), производительность систем на базе чипа оценивается авторами в 46 млрд «синаптических операций в секунду на ватт»^[1]

TrueNorth подходит для исполнения рекуррентных нейронных сетей, которые могут применяться для классификации различной информации, в том числе, изображений, речи и видео.^[1]

Для программирования TrueNorth используется новый объектно-ориентированный язык Corelet.^[4][5]

• Introducing a Brain-inspired Computer TrueNorth's neurons to revolutionize system architecture (англ.). IBM (август 2014). Дата обращения: 9 августа 2014.
• Cognitive Computing Programming Paradigm: A Corelet Language for Composing Networks of Neurosynaptic Cores (англ.). IBM, DARPA. Дата обращения: 9 августа 2014.
• A million spiking-neuron integrated circuit with a scalable communication network and interface // Science 8 August 2014: Vol. 345 no. 6197 pp. 668—673 DOI: 10.1126/science.1254642  (англ.)  (платн.), The brain chip
• Real-Time Scalable Cortical Computing at 46 Giga-Synaptic OPS/Watt with ~100x Speedup in Time-to-Solution and ~100,000x Reduction in Energy-to-Solution // Proceedings of Supercomputing 2014, November 2014 (abstract)
• Building Block of a Programmable Neuromorphic Substrate: A Digital Neurosynaptic Core // Neural Networks (IJCNN), The 2012 International Joint Conference on, DOI:10.1109/IJCNN.2012.6252637 (описание первого поколения нейроморфического процессора IBM)

• A Cognitive Information Superhighway // IBM Research, Aug 7, 2014 (видео)  (англ.)
• Tiny chip mimics brain, delivers supercomputer speed // Phys.org, AFP, Aug 07, 2014 by Rob Lever  (англ.)
• IBM TrueNorth: чип, имитирующий устройство человеческого мозга // Tom's Hardware, 08 августа 2014  (рус.)
• Учится, но не мыслит. Создан нейронный чип для будущих суперкомпьютеров // Lenta.ru  (рус.)