史上最强计算机心脏!100万颗核心处理器启用模拟人脑

Posted 2021-01-26

由英国工程与自然科学研究委员会（Engineering and Physical Sciences Research Council）发起一项的计划：一台仿造人类大脑运作模式的超级计算机 SpiNNaker，现由欧洲的人类大脑计划（European human brain project）接手。在经历 20 年的构思与 10 年的建造，并耗资 1,500 万英镑，于近日正式启用。

SpiNNaker
SpiNNaker 的全名为「脉冲神经网络架构」（Spiking Neural Network Architecture），由英国曼彻斯特大学（University of Manchester）的计算机科学学院负责建造，核心处理器则委托晶圆代工厂联电（UMC）以 0.13 微米制程制造。在最近进行的升级中，其核心处理器增加至 100 万个，每个芯片由 1 亿个晶体管组成，使其每秒运算次数达 200 兆次。SpiNNaker 与一般超级计算机不同之处在于，其讯号传输不只是点对点的大量传送；而是模仿大脑中神经元运作模式，将讯号分割成数百亿个小讯号，同时经由多个路径传送到数千个位置进行运算。最初构想出 SpiNNaker 的计算机工程学系教授史蒂夫·弗伯博士（Steve Furber）表示：「SpiNNaker 颠覆了我们对计算机运算模式的想法。我们成功打造出接近人类大脑运作方式的计算机，这是相当令人振奋的。」

生物神经元
SpiNNaker 的研发团队希望未来能达到模拟十亿个生物神经元的规模。十亿个神经元是怎样的概念？老鼠的大脑神经元大约有 1 亿个，而人类的大脑是将近 1 千倍之多。因此十亿个神经元的规模相当于人类大脑的 1 ％，而在大脑中每个神经元又分别以 1 兆个突触（synapses）相互连结，形成相当复杂的网络。

应用
SpiNNaker 可协助神经学家进一步了解人类大脑的运作方式，例如模拟 8 万个神经元的大脑皮层，以了解大脑如何接受、处理听觉、触觉等感知讯号。此外，SpiNNaker 已用于模拟在帕金森氏症（Parkinson’s disease）患者中会受到影响的大脑区域基底神经节（Basal Ganglia），有望协助相关药物研发的进展。SpiNNaker 也在最近被用于德国慕尼黑工业大学（Technische Universit?t München）开发的机器人 SpOmnibot，协助其处理实时视觉讯号导向特定的目标物。弗伯教授对此表示：「透过 SpiNNaker 前所未见的模拟能力，神经学家能够更准确模拟人类大脑内部的运作方式，以了解其神秘之处。也可作为机器人的神经仿真器，协助机器人行走、说话，更有效率且灵活的活动。」