“仿人腦超級計算機”已經(jīng)在美國空軍服役。這種超級計算機采用了IBM的TrueNorth神經(jīng)形態(tài)64芯片數組，適合飛機，以及尺寸、重量和功耗受限的其他嵌入式、行動(dòng)和自動(dòng)系統等潛在應用使用。電子模塊
這種電子大腦(E-brain)擁有超過(guò)6400萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元和160億個(gè)突觸，其神經(jīng)突觸數組可以執行實(shí)時(shí)的模式識別和感覺(jué)處理，而且速度和精確度都要高于人類(lèi)大腦，功耗只需10W。
戰斗機駕駛員越來(lái)越多依靠自動(dòng)識別技術(shù)來(lái)區分敵我，以為了保持意識清醒和高度警惕，飛機的速度和可操控性已經(jīng)接近駕駛員能力的極限。在空戰中，空中充滿(mǎn)了防空火炮、火箭彈、無(wú)人機、照明彈、誘餌，使人類(lèi)駕駛員無(wú)法識別真正的目標，而TrueNorth電子大腦數組使用64顆芯片來(lái)區分真目標
和假目標，而且如果功耗能夠做到像人腦那么低，理論上它可以在64顆芯片原型基礎上進(jìn)一步擴展，從而能夠同時(shí)處理任何數量的實(shí)時(shí)識別任務(wù)。
美國空軍不僅想在飛機上測試IBM的電子大腦理論，還想在從無(wú)人機到機器人的各種嵌入式、移動(dòng)和自動(dòng)應用中進(jìn)行測試。他們沒(méi)有對潛在軍事用途的數量作任何限制，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)驗室是TrueNorth系統及其生態(tài)系統的最早采納者，也是神經(jīng)形態(tài)運算的基地。許多美國境內和國際政府機構都在透過(guò)它研究TrueNorth。”IBM院士兼IBM Research-Almaden中心(位于加州圣何塞)負責仿人腦運算的首席科學(xué)家Dharmendra S. Modha告訴筆者：“TrueNorth生態(tài)系統現在在全球五大洲的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中心負責仿人腦運算的首席科學(xué)家Dharmendra Modha開(kāi)發(fā)的IBM TrueNorth神經(jīng)形態(tài)系統，能夠以最低的功耗提供超級運算人工智能(AI)功能。
Modha指出：“IBM已經(jīng)將TrueNorth神經(jīng)元的數量從2011年的256個(gè)增加到了2017年的6400萬(wàn)個(gè)，換句話(huà)說(shuō)，從2011年以來(lái)每年增加800%。”在這段時(shí)間內，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數據集的處理速度超過(guò)7000幀/秒/瓦，這是加拿大研究院用于物體識別的數據集?；鶞蕶z驗表明只需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，為美國空軍開(kāi)發(fā)的人工智能超級運算電子大腦的藝術(shù)渲染效果圖。
在美國空軍研究實(shí)驗室(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)訓練成為可能，即使1~10Hz頻率速度的原型也能使大規模芯片數組的功耗低于一個(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飛機將成為電子大腦原型的候選用機。
除了目標識別外，TrueNorth電子大腦的神經(jīng)突觸64芯片數組還能提供其他實(shí)時(shí)的人工智能功能，比如視訊分析、語(yǔ)音識別、機器語(yǔ)言翻譯、音頻和文本分析、信息發(fā)現，以及擴展針對民用應用的類(lèi)似任務(wù)。
TrueNorth電子大腦的神經(jīng)突觸64芯片數組可以接受多個(gè)分布式輸入，并將它們‘融合’起來(lái)執行感知(右腦負責)和符號處理(左腦負責)功能，而且其執行速度快過(guò)傳統的計算機，因而可以形成總體情形意識。由于能夠同時(shí)執行并列的數據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雜戰爭情形中勝過(guò)人腦。
圖4 整合64芯片數組TrueNorth神經(jīng)突觸處理器的超級運算電子大腦的駕駛艙應用，可實(shí)現深度網(wǎng)絡(luò )學(xué)習和實(shí)時(shí)信息發(fā)現。
整個(gè)TrueNorth電子大腦的神經(jīng)突觸64顆芯片數組安裝在一個(gè)4U(7英吋高)機架插槽內，因此一個(gè)標準機架內可以安裝8個(gè)鏈接系統。數組中的每個(gè)處理器使用540萬(wàn)個(gè)晶體管，這些晶體管分布在擁有100萬(wàn)個(gè)數位神經(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)系統芯片能以超低功耗提供人工智能超級運算電子大腦功能，從而成為人類(lèi)大腦強而有力的競爭對手。
據悉，TrueNorth的資金最初來(lái)自于美國國防部高級研究計劃署與康乃爾大學(xué)(Cornell University)合作的神經(jīng)形態(tài)自適應可塑可擴展電子系統(SyNAPSE)項目。
