ＩＢＭ社が脳型半導体チップを開発

IBM社が世界最大規模の脳型半導体チップを開発、100万個のニューロンと2.56億個のシナプスを実装

野澤 哲生＝日経エレクトロニクス

2014/08/08 07:00

IBM社が100万個のニューロンと2.56億個のシナプスを実装したニューロシナプティックプロセサー。（写真：IBM Research）

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64×64コアを実装した様子（左）と、1コアの拡大写真（右）。各コアには256個のニューロンと64K個のシナプスが実装されている。（写真：IBM Research）

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　米IBM社は、脳にある神経細胞（ニューロン）とそれらの接合部（シナプス）を模した機能を多数実装した半導体チップを開発した。学術誌「Science」が2014年8月8日付けの号でその論文を掲載した。

　このチップは、IBM社が米国防高等研究計画局（DARPA）の開発プロジェクト「Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics（SyNAPSE）」の援助を得て開発している脳型コンピューターチップの第2世代品である。

　開発したチップにおけるニューロンの数は100万個、シナプスの数は2.56億個で従来の実装例を大幅に超える。半導体の製造プロセスには韓国Samsung Electronics社の28nm世代の技術を利用した。

　IBM社の技術では、ニューロンやシナプスの機能は、トランジスタやSRAMを用いてデジタル的に実装されている。チップ上のトランジスタの総数は54億個で、一般のマイクロプロセサと比べても最多水準である。一方、消費電力は70mWと非常に小さい。外付けメモリーを使わず、ローカルメモリーだけを利用するアーキテクチャーに加えて、「同期と非同期の設計を組み合わせる手法が奏功した」（IBM社）とする。ダイの面積は4.3cm²で、単位面積当たりの消費電力は約20mW/cm²となる。これは「既存のマイクロプロセサの数千分の1」（同社）という。

シナプス64K個の「コア」が構成単位

　ちなみに、第1世代のチップは2011年に開発したもので、ニューロンが256個、シナプス数が約26万（256K）個のチップと、ニューロンは同数だがシナプス数が同6万5000（64K）個のチップだった（関連記事1、関連記事2）。

　今回のチップは第1世代と同程度の数のニューロンやシナプスの構成を1単位として、それら多数を1チップ上で相互接続した設計になっている。具体的には、ニューロン256個、軸索256本、シナプス64K個から成る構成を「1コア」とし、そのコアをタイル状に4096（64×64）個並べ、相互接続した。

　IBM社は2012年に開かれた高性能コンピューターの国際学会「SC12」において、コア数を20億8000個にしても動作するというシミュレーション結果を発表した。この際のシナプス数約137兆個は、人間の脳のシナプス数に匹敵する。

　今回は1チップ上に4096コアを実装した。仮にこのチップを約40万個接続したシステムを構築すれば、コア数は20億超となり、シナプス数が“人間並み”の「ニューロシナプティックスーパーコンピューター」となる。IBM社もその実現を目指しているという。

以上は「日経テクノロジー」より

人間の脳並の性能です。いずれそれを超えることになるでしょう。　以上