全球最大規(guī)模的神經(jīng)形態(tài)超級(jí)計(jì)算機(jī)近日正式開機(jī)

新研發(fā)的神經(jīng)形態(tài)超級(jí)計(jì)算機(jī)（“Spiking Neural NetworkArchitecture 或“SpiNNaker”）每秒能夠完成超過2億次運(yùn)算，它可以實(shí)時(shí)模擬的生物神經(jīng)元數(shù)量超過了地球上任何其他機(jī)器。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，從2006年開始，它已經(jīng)耗費(fèi)了1500萬(wàn)英鎊的資金，經(jīng)過了20年的構(gòu)思和10多年的制造過程。SpiNNaker計(jì)算機(jī)由曼徹斯特大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院設(shè)計(jì)和制造，最初由英國(guó)EPSRC資助，現(xiàn)在由歐盟人腦計(jì)劃支持。

生物神經(jīng)元是存在于神經(jīng)系統(tǒng)中的基本腦細(xì)胞，主要以發(fā)射純電化學(xué)能量“尖峰”的方式進(jìn)行交流。神經(jīng)形態(tài)計(jì)算使用包含電子電路的大規(guī)模計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來模擬制造這種尖峰。

SpiNNaker的獨(dú)特之處在于：與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不同，它不通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)從A點(diǎn)向B點(diǎn)發(fā)送大量信息來進(jìn)行通信。相反地，它模仿了大腦的大規(guī)模并行通信架構(gòu)，同時(shí)向數(shù)千個(gè)不同的目的地發(fā)送數(shù)十億條短信息。

計(jì)算機(jī)工程學(xué)教授Steve Furber為這種計(jì)算機(jī)的構(gòu)思提供了最初的靈感。他說：“SpiNNaker對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的工作方式進(jìn)行了完全的重新思考。從本質(zhì)上講，我們創(chuàng)造了一種機(jī)器，它比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)更像大腦，這非常令人興奮。這個(gè)項(xiàng)目的最終目標(biāo)是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上建立一百萬(wàn)個(gè)核心，以滿足實(shí)時(shí)大腦建模應(yīng)用的需求?，F(xiàn)在我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)，這真是太棒了?！?/p>

這臺(tái)計(jì)算機(jī)的創(chuàng)造者的最終目標(biāo)是實(shí)時(shí)模擬多達(dá)10億個(gè)生物神經(jīng)元，而現(xiàn)在他離這個(gè)目標(biāo)更近了一步。作為對(duì)這種規(guī)模的說明，老鼠的大腦由大約1億個(gè)神經(jīng)元組成，而人類的大腦比老鼠大1000倍。十億神經(jīng)元是人腦規(guī)模的1%。人的大腦包含不低于100億個(gè)腦細(xì)胞或神經(jīng)元，全部通過大約四萬(wàn)億（一個(gè)1加十五個(gè)0）個(gè)突觸進(jìn)行互聯(lián)。

那么，擁有包含一百萬(wàn)個(gè)核心且能夠模擬大腦的處理器的電腦能有什么用呢？它的一個(gè)基本功能是幫助神經(jīng)科學(xué)家更好地理解我們的大腦如何工作。它完成這個(gè)目標(biāo)的方式是開展極大規(guī)模的實(shí)時(shí)模擬，而其他計(jì)算機(jī)不可能勝任這項(xiàng)任務(wù)。例如，SpiNNaker已經(jīng)被用于一系列孤立的大腦網(wǎng)絡(luò)，以模擬高級(jí)實(shí)時(shí)的處理工作。該網(wǎng)絡(luò)包含了一部分大腦皮層的8萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元模型。大腦皮層是接收和處理感覺信息的大腦外層。它還模擬了大腦中一個(gè)叫做基底神經(jīng)節(jié)（Basal Ganglia）的區(qū)域—一個(gè)受帕金森病影響的區(qū)域。這意味著它有在藥物測(cè)試等科學(xué)領(lǐng)域獲得巨大神經(jīng)學(xué)突破的潛力。

最近，SpiNNaker甚至已經(jīng)被用于控制一個(gè)機(jī)器人：SpOmnibot。該機(jī)器人使用SpiNNaker系統(tǒng)解釋實(shí)時(shí)視覺信息，并導(dǎo)航到某些對(duì)象，同時(shí)忽略其他對(duì)象。Furber教授補(bǔ)充說：“借助于SpiNNaker，神經(jīng)科學(xué)家現(xiàn)在可以通過進(jìn)行史無前例的大規(guī)模模擬來解開人類大腦工作機(jī)理的一些秘密。它還可以被用作實(shí)時(shí)神經(jīng)模擬器，以幫助機(jī)器人專家將大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)布置到移動(dòng)機(jī)器人中，使它們能夠靈活地以低功率行走、交談和移動(dòng)?！?/p>