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芯片族--了解人类大脑的关键

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  每日科学(201178日)—— 基于ARM处理器技术的芯片将被连接在一起,模拟大脑的高度复杂的运作,其工作方式就像相互作用、高度连接的数十亿神经元的网络。

 

  这项工作严重依赖的芯片已通过出色的功能测试,并于上月发布。将用它们组成一个所谓的大三角帆大型计算机(扣球神经网络结构),其目的是映射出大脑的各个功能。

 

  三角帆大型计算机可以成为神经学家,心理学家和医生的一个重要工具,帮助他们了解复杂的脑损伤,疾病和病症,并找出最有效的疗法。

 

  曼彻斯特大学被将为该项目设计系统体系结构,并收到EPSRC 500万英镑赠款的一半作为研究经费,英国南安普敦大学、剑桥、谢菲尔德将分别承担项目的其余工作。

  虽然三角帆巨型计算机有​​一百万个ARM处理器现在大多数手机都在使用的技术,计算机科学家指出,大三角帆计算机最终也只能重新塑型人类大脑的1%。但教授史蒂夫•弗伯领导的研究人员们,相信大三角帆计算机将成为神经学家和心理学家用来测试个人大脑特性推理的一个重要工具。

  此项目的关键挑战是开发和理解大脑的信息处理和极高度的脑细胞连接。人类大脑中有100亿个神经元及10亿个连接组成。在这个系统中,神经元发出尖峰电压随后以微小的电信号传递。

  每个电脉冲在三角帆计算机中作为一个数据“包”,这种数据处理方式就像互联网中进行信息传递方式的一个缩减版本。这个包随后被发送到所有连接的神经元。神经元用小型简单的公式表示,用运行在实时ARM处理器上的软件来模拟。

  三角帆计算机中的电子连接传达这些尖峰比大脑中的生物连接更快,因为三角帆可以使用更少的连接传输尖峰,因而更有效和更迅速。

  测试芯片在2009年就被开发出来。但现在交付的完整芯片是在曼彻斯特设计、在台湾生产的,可以使科学家开发出更大的系统,它可以用来模拟大脑。每个芯片中包含18ARM处理器。

  友尼森欧洲有限公司在威尔士南部有包装设施,它使用3D系统级封装技术把定制的微芯片与提供内存的第二个芯片一起封装在在一个19毫米正方形封装内。这个狭小的封装提供了一台PC的计算能力,消耗大约一瓦的电力。

  来自计算机科学学院的弗伯​​教授说:“我们希望这个机器将来能够模拟人类大脑的重要职能,并帮助我们了解到大脑运作规则。

  “开发和理解大脑中的信息处理是其中的关键。在大学和其他地方,我们正在积极与神经学家和心理学家合作

  “这可能对一些患者有很大的帮助,例如,那些因为中风或类似的脑损伤造成的阅读问题。心理学家已经开发出了神经网络,在那上面他们可以重现临床病理。

  “他们使用这些网络测试替代疗法,以确定最有效地治疗病人的症状的方法。目前他们被现有计算机能力所限,但我们希望三角帆巨型计算机能提供更高的能力。

  “我们不知道大脑作为一个信息处理系统工程是如何工作的,但是我们需要找出来。我们希望我们的机器在这方面取得重大进展。

  “ARM20055月开始参与三角帆项目。随后的知识产权协议为使用ARM处理器铺平了道路。与使用ARM单元库一起,这项协议还涉及设计和制造。该协议允许英国曼彻斯特大学为三角帆系统以及一些更小的测试系统制造1万个基于ARM处理器的芯片。”

  迈克•穆勒,ARM首席技术官评论说:“ARM体系结构使ARM的合作伙伴能生产出更出色的系统,优化系统性能和降低功耗,三角帆旨在为最终的智能系统人类的大脑建模。史蒂夫是ARM家族的一部分,这个项目与他和英国曼彻斯特大学的合作是一个完美的方式,而且这个项目也使ARM在英国的研究处于领先地位。”

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