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节能型大脑模拟器优于超级计算机

2012年11月,IBM宣布已使用Blue Gene / Q红杉超级计算机实现了对5300亿个神经元的前所未有的仿真。Blue Gene / Q红杉以其超快的速度完成了这一壮举。它每秒可进行超过16个万亿次计算。实际上,它目前是世界上第二快的超级计算机。

但是,根据夸瓦纳·博阿恩(Kwabena Boahen)博士的说法,蓝色基因仍然无法与大脑本身的计算能力相提??并论。

斯坦福大学教授,硅 研究实验室 的大脑主任,美国国家科学基金会(NSF)的“早期职业生涯” 补助金获得者Boahen说:“实际上,即使是最快的超级计算机,大脑也能每秒进行更多的计算 。”

这并不是说大脑比超级计算机快。实际上,它实际上要慢得多。大脑每秒可以进行更多的计算,因为它是“大规模并行”的,这意味着神经元网络正在同时工作,以一次解决大量问题。传统的计算平台,无论速度有多快,都将按顺序运行,这意味着每个步骤都必须在下一步开始之前完成。

Boahen致力于神经形态工程学领域的前沿工作,该领域旨在利用创新的硬件和软件应用程序来复制大脑非凡的计算能力。他实验室的最新成就是一个名为Neurogrid的新计算平台,该平台可以模拟100万个神经元的活动。

Neurogrid不是超级计算机。它不能用于 模拟大爆炸,预测飓风或预测流行病。但是它可以做的使它与地球上的任何计算平台区分开来。

Neurogrid是第一个可以实时建模一百万个神经元的仿真平台 。因此,它代表了研究人脑的强大工具。除了提供对大脑正常工作的见解之外,它还具有揭示自闭症和精神分裂症等复杂的脑部疾病的潜力,这些疾病迄今难以建模。

迄今为止,已证明的实时模拟大脑功能的能力还很低下。例如,Blue Gene / Q红杉超级计算机的仿真时间比大脑进行相同活动所需的时间长了1500倍以上。

廉价的大脑仿真平台将传统的中央处理器(CPU)的计算能力与图形处理器(GPU)和现场可编程门阵列(FPGA)相结合,从而获得了与Blue Gene相当的结果。但是,尽管这些系统更便宜,但它们仍然比大脑慢得多。

正如Boahen所说:“好消息是现在您也可以拥有自己的超级计算机。坏消息是现在您也可以等待一个小时来模拟一秒钟的大脑活动。”

当您认为有时需要对模拟进行检查,调整,重新检查并再次运行数百次时,可以实时复制大脑活动的系统的价值显而易见。

Boahen说:“ Neurogrid不需要花一个小时就可以模拟一秒钟的大脑活动。” “要花一秒钟的时间来模拟一秒钟的大脑活动。”

Neurogrid的16种芯片中的每一种都包含65,000多个硅“神经元”,可以根据将近80个参数对它们的活动进行编程,从而使研究人员能够复制不同类型神经元的独特特征。软线“突触”在板上纵横交错,在每个模拟神经元和与其连接的成千上万个神经元之间穿梭传递信号,有效地复制了构成大脑中交流的电颤音。

但是,传统计算系统对大脑建模的方式与Neurogrid的工作方式之间的根本区别在于,整个系统执行和传达计算的方式不同。

大多数计算机,包括超级计算机,都依赖于数字信号,这意味着计算机通过对一系列问题的回答为“真”或“假”来执行指令。这类似于神经元的交流方式:它们要么激发动作电位,要么不激发动作电位。

区别在于,神经元激发与否的计算是由连续的非线性过程驱动的,更类似于模拟信号。Neurogrid使用模拟信号进行计算,并使用数字信号进行通信。在这种情况下,它遵循与大脑相同的混合模拟-数字方法。

除了出色的仿真之外,它还使用了超级计算机的一小部分能量。例如,Blue Gene / Q红杉消耗的电力接近8兆瓦,足以为1,600多个家庭供电。以0.10美元/千瓦时的价格计算,八兆瓦的电费为每小时800美元,或每年700万美元。

另一方面,Neurogrid的耗电量仅为5瓦,这是单个手机充电器所消耗的电量。

最终,Neurogrid代表了一种经济高效,节能的计算平台,Boahen希望该平台将彻底改变我们对大脑的理解。

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