О нейроморфном процессоре Алтай-1

Нейроморфный процессор Алтай-1 – это сверхбольшая интегральная схема (СБИС) с вычислительной архитектурой, которая имитирует работу биологических сенсорных и нервных систем. Нейроморфный процессор Алтай-1 предназначен для исполнения (инференса) импульсных нейронных сетей, созданных с помощью компонентов платформы или с помощью тернарных слоев пакета ANN2SNN. В архитектуре процессора Алтай-1 реализован принцип "вычисления рядом с памятью", позволяющий избежать характерных для архитектуры фон Неймана избыточных энергозатрат на передачу данных между блоком памяти и вычислительным ядром. Нейроморфный процессор Алтай-1 обладает низким энергопотреблением.

Для исполнения импульсной нейронной сети необходимо подключить объединительную плату с нейроморфным процессором Алтай-1 к компьютеру с помощью интерфейсов PCI-E или USB.

Элементарной единицей импульсной нейронной сети является нейрон, у которого есть набор входных сигнальных линий (дендриты) и выходная сигнальная линия (аксон). Состояние нейрона описывается нейронным потенциалом. Если в процессе исполнения импульсной нейронной сети потенциал нейрона превышает заданный порог, то нейрон испускает по своему аксону спайк и отправляет его в заданные целевые нейроны. Спайк может быть как положительным, так и отрицательным. При моделировании нейрона также учитывается механизм утечки, предназначенный для релаксации нейронного потенциала.

Нейроны импульсной нейронной сети связаны друг с другом посредством синапсов. Каждому синапсу может быть присвоено значение веса, на которое изменяется потенциал нейрона при получении спайка от нейрона, связанного с этим синапсом.

Основной структурной единицей архитектуры нейроморфного процессора Алтай-1 является ядро. Ядро объединяет в себе группу нейронов и память для хранения их параметров. Функцию нейронов в ядре выполняет конечный автомат, который моделирует поведение нейронов.

Синхронизация работы всех нейронов импульсной нейронной сети осуществляется с помощью сигнала тик, после подачи которого потенциалы всех нейронов последовательно обновляются всеми ядрами и при необходимости испускаются спайки. За тик ядро выполняет 262 144 синаптических операций. При этом частота тика не превышает 2000 Гц. Одна синаптическая операция выполняется за один такт синхросигнала с частотой 600 МГц.

Нейроморфный процессор Алтай-1 имеет регулярную структуру ядер в виде прямоугольной сети, в которой каждое ядро непосредственно связано со своими 4 соседями. Для передачи спайков между нейронами разных ядер реализован механизм маршрутизации таких сигналов по сети ядер. Соответственно, при выполнении функции нейрона к потенциалу моделируемого нейрона могут быть добавлены значения нейронных потенциалов, отправленных нейронами из других ядер.

В нейроморфном процессоре Алтай-1 предусмотрена возможность масштабирования за счет увеличения количества СБИС. По вопросам масштабирования вам нужно обратиться к специалистам АО "Лаборатория Касперского".

В таблице ниже приведены общие сведения о нейроморфном процессоре Алтай-1 и его составляющих:

Общие сведения о процессоре Алтай-1

Свойство		Ограничение
СБИС	Площадь кристалла	6 кв. мм
	Технология изготовления	28 нм
	Максимальное количество нейроморфных ядер	256
	Количество нейроморфных ядер в прототипе	16
	Максимальное количество моделируемых нейронов	131 072
	Количество моделируемых нейронов в прототипе	8192
Ядро	Количество моделируемых нейронов	512
	Количество входных линий	512
	Диапазон значений потенциала нейрона	От -32 768 до 32 767 Потенциал нейрона хранится в виде 16-битной величины.
	Диапазон значений веса синапса	Вес синапса хранится в виде 8-битной беззнаковой величины.
	Вариативность весов на нейрон	4
	Количество синаптических операций	9 Каждая синаптическая связь между моделируемым нейроном и входной линией характеризуется одной из девяти синаптических операций, выбором которой можно управлять воздействием этой синаптической связи на нейрон. Возможны следующие синаптические операции: Пустая операция. Во время этой операции не происходит никаких изменений. Прибавить вес N, где N – это номер веса в диапазоне от 1 до 4. Вычесть вес N, где N – это номер веса в диапазоне от 1 до 4.
	Количество синаптических операций за тик	262 144
	Частота тика	Не более 2000 Гц
	Энергопотребление ядра	Не более 4 мВт
	Объем памяти ядра	88 КБ
	Объем памяти ядра для хранения параметров нейрона	16 КБ

В начало