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微信公眾號“浙江大學(xué)”8月2日消息，人類大腦是一部極其高效的“計算機”，能舉一反三、融會貫通，可處理視覺、聽覺、語言、學(xué)習(xí)、推理、決策、規(guī)劃等各類任務(wù)。類腦計算即是將生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作機理應(yīng)用于計算機系統(tǒng)設(shè)計中，構(gòu)建像大腦一樣的低功耗、高并行、高效率、智能化的計算系統(tǒng)。

8月2日，浙江大學(xué)腦機智能全國重點實驗室重磅發(fā)布最新研制的新一代神經(jīng)擬態(tài)類腦計算機—Darwin Monkey（“悟空”），這是國際上首臺神經(jīng)元規(guī)模超過20億的基于專用神經(jīng)擬態(tài)芯片的類腦計算機，標(biāo)志著我國在神經(jīng)擬態(tài)類腦計算機領(lǐng)域已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

“悟空”來自何方？

整臺“悟空”由15臺刀片式神經(jīng)擬態(tài)類腦服務(wù)器組成，每一臺刀片式類腦服務(wù)器內(nèi)部集成了64顆達(dá)爾文3代類腦計算芯片。該芯片由浙江大學(xué)牽頭、聯(lián)合之江實驗室于2023年初研制成功，單顆支持超過235萬脈沖神經(jīng)元與億級神經(jīng)突觸，并支持類腦計算專用指令集和神經(jīng)擬態(tài)在線學(xué)習(xí)機制。

達(dá)爾文3代類腦計算芯片

基于該芯片，“悟空”神經(jīng)元數(shù)量已接近獼猴大腦規(guī)模，向更高級的類腦智能又邁進(jìn)了一步，在典型運行狀態(tài)下功耗約為2000瓦。該項成果也是浙江大學(xué)類腦計算團隊繼2020年9月份研制成功我國首臺億級神經(jīng)元類腦計算機Darwin Mouse（“米奇”）之后，取得又一重要突破。

為了突破芯片間互連速度與系統(tǒng)能效的瓶頸，團隊聯(lián)合浙大集成電路學(xué)院，利用2.5D先進(jìn)封裝技術(shù)研制出晶圓級超集成類腦計算芯片DarwinWafer，并基于其搭建了晶上系統(tǒng)（System on Wafer，SoW）刀片服務(wù)器。整個SoW刀片式服務(wù)器主體僅僅包含一張集成64顆達(dá)爾文3代類腦芯片裸片的12寸晶圓，擺脫了傳統(tǒng)光罩的物理約束，實現(xiàn)導(dǎo)線微納尺度的互連優(yōu)化。

晶上系統(tǒng)SoW集成方式的神經(jīng)擬態(tài)類腦服務(wù)器

“悟空”能力幾何？

經(jīng)過兩年多的攻關(guān)，團隊在多項關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破：構(gòu)建了大規(guī)模神經(jīng)元系統(tǒng)互連與集成架構(gòu)，支持以多維網(wǎng)格為基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的層次化、可擴展芯片間互連；實現(xiàn)自適應(yīng)時間步控制方法，支持大規(guī)模神經(jīng)元之間的任務(wù)協(xié)同運行；采用國產(chǎn)晶圓基板工藝，基于CoWoS-S 2.5D先進(jìn)封裝技術(shù)，實現(xiàn)晶圓級類腦計算芯片；提出分層的系統(tǒng)資源管理框架，設(shè)計多級內(nèi)存系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)換入換出策略，實現(xiàn)對大規(guī)模神經(jīng)元系統(tǒng)資源的管理與調(diào)度。

與此同時，為了充分釋放類腦計算機的能力，團隊還研制了新一代達(dá)爾文類腦操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分層資源管理架構(gòu)，通過構(gòu)建負(fù)載感知調(diào)度算法與動態(tài)時間片劃分機制等技術(shù)，在考慮通信帶寬與任務(wù)特征的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了神經(jīng)擬態(tài)任務(wù)的高效并發(fā)調(diào)度與系統(tǒng)資源的動態(tài)優(yōu)化。

類腦操作系統(tǒng)

在該類腦計算機上，團隊已成功部署多項智能應(yīng)用，不僅能夠運行DeepSeek類腦大模型完成邏輯推理、內(nèi)容生成和數(shù)學(xué)求解等智能任務(wù)，還憑借其強大的神經(jīng)元和突觸資源，初步模擬了包括秀麗線蟲、斑馬魚、小鼠以及獼猴等不同神經(jīng)元規(guī)模的動物大腦，為腦科學(xué)研究提供了新的手段。

秀麗線蟲、斑馬魚、小鼠以及獼猴的大腦模擬圖

“悟空”類腦計算系統(tǒng)的推出，是浙大類腦計算團隊在神經(jīng)擬態(tài)計算領(lǐng)域的又一次突破，其大規(guī)模、高并行、低功耗等特點，將為現(xiàn)有的計算場景提供新的計算范式——

為人工智能發(fā)展提供新的算力基座：類腦計算系統(tǒng)可以解決現(xiàn)有深度網(wǎng)絡(luò)及大模型高能耗、高計算量的問題，同時其無人監(jiān)督的在線方式學(xué)習(xí)機制能為人工智能帶來革命性的進(jìn)步;

作為腦模擬的天然平臺，助力腦科學(xué)的發(fā)展：在腦科學(xué)的研究方面，“悟空”能夠作為神經(jīng)科學(xué)家研究腦的仿真工具，提供新的實驗手段探索大腦工作機理，用于更好地理解大腦，能夠減少真實的生物實驗；

推動通用人工智能的發(fā)展：人類的推理能力和效率遠(yuǎn)超當(dāng)前人工智能，“悟空”計算機仿腦的工作機制和超越人腦的運算速度，將為未來類腦AI的研究提供強大的支持。