IBM推出类脑芯片“北极”，能效提高五倍成全球最强AI芯片

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2023-10-27 06:04:25

IBM推出类脑芯片“北极”，能效提高五倍成全球最强AI芯片

近日，IBM低调地推出了一款类脑芯片“北极”（NorthPole），其能效提高了五倍，成为当之无愧是现在世界最强的AI芯片。这篇文章将介绍类脑芯片的概念及发展，详细介绍IBM的NorthPole芯片的技术特点和潜在应用，并对国内相关研究进行了概述。

什么是类脑芯片？

所谓类脑芯片，顾名思义，就是一种高度模拟人脑计算原理的芯片，基于对现代神经科学的理解，反复思考如何从晶体管到架构设计，算法以及软件来模仿人脑的运算。如果把类脑芯片做得更像人脑，就会被赋予一个新的名字——神经形态计算（Neuromorphic Computing）。人类的思考方法与现在传统的芯片存在许多区别，比如，人没有单独的存储器，没有动态随机存取存储器，没有哈希层级结构，没有共享存储器等等。“存储”和“处理器”错综复杂地深绕在人脑里，在人脑的结构中有“神经元”的存在。

类脑芯片就是结合生物大脑和人造器件各自优点而设计制造出来的一种芯片，而它也会像人一样思考，自我学习。想造一颗这样的芯片，可不是光是变变器件结构的就行的，而是从材料、器件、电路、架构带动算法和应用改变的。总而言之，用人话来解释，类脑芯片就是一种模仿人脑计算原理的芯片，能够自我学习和思考。

IBM的NorthPole芯片

IBM的NorthPole芯片是一款采用12nm节点工艺制造的数字CMOS型的类脑芯片。与TrueNorth芯片相比，它在能效方面提高了五倍，速度大约是TrueNorth的4000倍。单个NorthPole芯片集成了220亿个晶体管，有256个内核，在8位精度下，每个内核每个周期可执行2048次运算；在4位和2位精度下，运算次数有可能分别增加一倍和四倍。运行基于人工智能驱动的图像识别算法速度是目前市场上同类芯片的22倍，能效是同类芯片的25倍。而且，NorthPole的超高能效比，意味着它不需要笨重的液体冷却系统来运行，风扇和散热器就足够了。

结构上，NorthPole与TrueNorth一样，由一个大型计算单元阵列（16×16）组成，每个单元都包含本地内存和代码执行能力。计算资源方面，NorthPole每个单元都经过优化，可执行精度较低的计算，精度从2bit到8bit不等。存储方面，所有的内存都被封装在一颗芯片内，这意味着每个内核都可以轻松地访问芯片上的内存。设备外部来看，NorthPole看起来像是一个主动存储芯片，这有助于将NorthPole集成到系统中。

NorthPole的潜在应用主要包括图像和视频分析、语音识别以及Transformer神经网络，这些网络是为ChatGPT等聊天机器人提供支持的大型语言模型(LLM)。这些人工智能任务可能会用于自动驾驶汽车、机器人、数字助理和卫星观测等领域。某些应用程序需要的神经网络太大，无法安装在单个NorthPole芯片上。在这种情况下，这些网络可以分解为更小的部分，并分布在多个NorthPole芯片上。

国内相关研究

国内研究类脑芯片的机构主要包括清华大学、浙江大学、复旦大学、中科院等顶级学府和机构，同时近两年不断涌现初创公司，如灵汐科技、时识科技、中科神经形态等。其中以清华大学的天机芯和浙江大学的达尔文芯片最具代表性。

清华大学的天机芯采用110nm工艺，第二代天机芯基于28nm工艺制成，由156个功能核心FCore组成，包含约4万个神经元和1000万个突触。密度提升20%，速度提高至少10倍，带宽提高至少100倍。浙江大学联合之江实验室共同研制的类脑计算机，其神经元数量与小鼠大脑神经元数量规模相当，包含792颗达尔文2代芯片，支持1.2亿个脉冲神经元、720亿个神经突触，其典型运行功耗仅为350W~500W。

国内的类脑芯片研究还处于初级阶段，但随着技术的不断进步，相信未来会有更多的成果问世。

本页网址：https://www.xinzhibang.net/article_detail-18092.html

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