這種電子大腦(E-brain)擁有超過6,400萬個神經元和160億個突觸,其神經突觸陣列可以執行即時的模式識別和感覺處理,而且速度和精確度都要高於人類大腦,功耗只需10W。

戰鬥機駕駛員越來越多依靠自動識別技術來區分敵我,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接近駕駛員能力的極限。在空戰中,空中充滿了防空火炮、火箭彈、無人機、照明彈、誘餌,使人類駕駛員無法識別真正的目標,而TrueNorth電子大腦陣列使用64顆晶片來區分真目標和假目標,而且如果功耗能夠做到像人腦那麼低,理論上它可以在64顆晶片原型基礎上進一步擴展,從而能夠同時處理任何數量的即時識別任務。

美國空軍不僅想在飛機上測試IBM的電子大腦理論,還想在從無人機到機器人的各種嵌入式、移動和自動應用中進行測試。他們沒有對潛在軍事用途的數量作任何限制,並且暗示可以拓展到民用領域。

「羅馬、紐約的空軍研究實驗室是TrueNorth系統及其生態系統的最早採納者,也是神經形態運算的基地。許多美國境內和國際政府機構都在透過它研究TrueNorth。」IBM院士兼IBM Research-Almaden中心(位於加州聖約瑟)負責仿人腦運算的首席科學家Dharmendra S. Modha告訴筆者:「TrueNorth生態系統現在在全球五大洲的40多個科研院所和大學中都有使用。」

20170811NT01P1 圖1 IBM院士兼IBM Research-Almaden中心負責仿人腦運算的首席科學家Dharmendra Modha開發的IBM TrueNorth神經形態系統,能夠以最低的功耗提供超級運算人工智慧(AI)功能。

Modha指出:「IBM已經將TrueNorth神經元的數量從2011年的256個增加到了2017年的6,400萬個,換句話說,從2011年以來每年增加800%。」在這段時間內,IBM證實「TrueNorth在用深度網路進行映射推理方面特別高效能」,針對CIFAR-100資料集的處理速度超過7,000幀/秒/瓦,這是加拿大研究院用於物體識別的資料集。基準測試表明只需200mW,就能提供1,500幀/秒的分析能力。

20170811NT01P2 圖2 IBM Research使用IBM TrueNorth神經形態系統,為美國空軍開發的人工智慧超級運算電子大腦的藝術渲染效果圖。

在美國空軍研究實驗室(AFRL)製造的TrueNorth電子大腦旨在使大型深度神經網路的即時訓練成為可能,即使1~10Hz時脈速度的原型也能使大規模晶片陣列的功耗低於一個Power8處理器。

20170811NT01P3 圖3 可以超級隱形模式飛行的黑色塗裝(左下角)和白色塗裝(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電子大腦的神經突觸64晶片陣列還能提供其他即時的人工智慧功能,比如視訊分析、語音辨識、機器語言翻譯、音訊和文本分析、資訊發現,以及擴展針對民用應用的類似任務。

TrueNorth電子大腦的神經突觸64晶片陣列可以接受多個分散式輸入,並將它們「融合」起來執行感知(右腦負責)和符號處理(左腦負責)功能,而且其執行速度快過傳統的電腦,因而可以形成總體情形意識。由於能夠同時執行並列的資料流程處理和並列的模型分析,TrueNorth電子大腦可以在生命危在旦夕的複雜戰爭情形中勝過人腦。

20170811NT01P4 圖4 整合64晶片陣列TrueNorth神經突觸處理器的超級運算電子大腦的駕駛艙應用,可實現深度網路學習和即時資訊發現。

整個TrueNorth電子大腦的神經突觸64顆晶片陣列安裝在一個4U(7英吋高)機架插槽內,因此一個標準機架內可以安裝8個連結系統。陣列中的每個處理器使用540萬個電晶體,這些電晶體分佈在擁有100萬個數位神經元和2.56億個突觸的4,096個核心之間。

20170811NT01P5 圖5 由於具有超慢時脈速率,IBM TrueNorth神經形態系統晶片能以超低功耗提供人工智慧超級運算電子大腦功能,從而成為人類大腦強而有力的競爭對手。

TrueNorth的資金最初來自於美國國防部高級研究計畫署與康乃爾大學(Cornell University)合作的神經形態自我調整可塑可擴展電子系統(SyNAPSE)專案。