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三角帆，百万核超级计算机，终于启动了

2018年11月5日通过罗宾·米切尔

经过12年的研发，设计成像人脑一样工作的计算机终于在曼彻斯特大学启动了。这台电脑是做什么用的?它是怎么做的?史蒂夫·弗伯是谁?

经过12年的研制，曼彻斯特大学设计的“大脑计算机”终于启动了。这台电脑是做什么用的?它是怎么做的?史蒂夫·弗伯是谁?

随着深度学习、神经网络和大型计算机的应用，人工智能系统在过去十年中得到了快速发展，并试图模拟神经元。但人工智能并不是使用此类技术时唯一感兴趣的领域;科学家和工程师们同样热衷于尝试和模拟人脑，以便更好地理解它是如何工作的以及为什么会这样。

模拟大脑不是一项简单的任务。人类大脑的复杂性是难以复制的，这也是三角帆电脑重要的部分原因。

模拟大脑的挑战

大脑和计算机之间最基本的区别之一是它们的“最小单位”如何工作。大脑神经元可以有多个连接，并以一系列不同的方式对脉冲作出反应。相比之下，计算机晶体管是一种开关，虽然可以连接到其他晶体管，但只能有两种状态之一。

神经元也能够在其他神经元之间建立连接，并对刺激做出不同的反应(这是“学习”的一种定义)，而晶体管连接是固定的。

由于这些差异，科学家不得不在软件而不是硬件中“模拟”神经元和连接，这严重影响了可以同时模拟的神经元和连接的数量。

那么硬件中的模拟神经元呢?

神经元和晶体管没有什么共同之处，但更好的比较是简单的微控制器和fpga;微控制器类似于神经元，它们可以快速处理外部信号，而结构相对简单，而fpga提供了断开和创建微控制器之间的连接的能力。

硬件仿真是关键吗?一组研究人员相信这一点，并在过去12年里一直在研究这个想法。

大三角帆的

曼彻斯特大学的一个研究小组花了12年时间创造一种可以模拟神经元的计算机与许多简单核心的使用连接在一个巨大的并行系统和计算机，称为大三角帆终于被打开了。

这台百万核计算机的设计目的是实时模拟多达10亿个神经元，让科学家能够通过使用硬件而不是软件，以真实的方式研究神经网络和神经通路。

与传统的神经元模拟方法不同，SpiNNaker拥有单独的处理器，每个处理器可以模拟多达1000个神经元，这些神经元可以同时向许多其他神经元发送和接收小数据包。

六边形拓扑之间的处理器和48处理器SpiNNaker计算机-图像courtesy曼彻斯特大学

尖峰神经网络体系结构系统(SpiNNaker)包括10个19英寸计算机机架，每个机架包含100,000个ARM核心。这种核心密度是通过使用包含多达18个核心的定制IC来实现的。机架中的每个主板有48个芯片，结果每个主板包含864个处理器。

与典型的软件系统不同，内核以六边形模式排列，数据传输完全由硬件处理。正是这种拓扑结构使得系统能够实时模拟10亿个神经元。系统使用ARM9处理器总共包含7TB的RAM每个处理器有一个离模128MB SDRAM，每个核心有32KB ROM和64KB数据紧耦合内存DTCM。

SpiNNaker处理器和完整的100万核系统的一半。图片使用的礼貌曼彻斯特大学

三角帆系统不仅仅是在一所大学里用于测试目的的单个计算机;世界上有多个三角帆系统!

目前，在神经网络应用中使用的其他机器多达90台，但这些系统还没有曼彻斯特大学(University of Manchester)的百万核心机器房那么大。相反，这些系统通常使用一个包含48个处理器的SpiNNaker主板。

今天，三角帆终于启动了，把所有这些非凡的研究和计划第一次付诸行动。

史蒂夫·弗伯是谁?

该项目由曼彻斯特大学计算机工程教授Steve Furber领导。他在这个项目中的意义可以说不仅仅是领导;Steve Furber是ARM处理器的最初创造者之一!

史蒂夫(右)正在检查ARM处理器。图片使用的礼貌曼彻斯特大学

在剑桥大学完成学业后，Steve Furbraybet电子竞技竞猜er与Hermann Hauser和Chris Curry一起成立了Acorn计算机公司。作为Acorn的首席工程师，他的工作就是监督和设计历史上最具影响力的计算机之一:BBC微型计算机。

虽然英国广播公司的微型电脑可以用于学校和家庭，但商业市场的要求更高，Acorn不得不设计出一款可以与IBM系列机器竞争的电脑。对协同处理器进行了研究和开发，但经确定，商业上可获得的部件的性能都相对相同，不适用于与图形有关的过程。

因此，Steve Furber和Sophie Wilson开发了ARM处理器，它被设计为具有简化的指令体系结构，但能够以更高的速度运行。Acorn当时并不知道，ARM核心的发明将会在今天的大多数微控制器应用中看到他们的设计。