IBM、54億トランジスタのニューロ半導��チップを開発
IBMが54億トランジスタからなるニューロ半導��IC「TrueNorth」を試作、共同開発していたLawrence Livermore National Laboratoryに納入した。このICチップには100万デジタルニューロン(神経細胞)と、2億5600万シナプス(配線接��ノード)を集積している。0.8Vで46G(ギガ)シナプティック演�Q/秒でリアルタイム演�Qを、わずか70mWで実行する。
図1 1600万ニューロンを搭載したボード 出�Z：IBM
IBMがこのチップを16個並べたニューロモーフィックシステム(図1)は、1600万ニューロン、40億シナプスを搭載した「頭�N」に相当し、わずか2.5Wというタブレットコンピュータ並みの電��しか消�Jしない。このボードの総トランジスタ数は、864億個になる。
IBMがニューラルチップを開発したのは、同社が推進している人工��(m┬ng)�Α▲灰哀縫謄�ブコンピュータの�ξ�を�屬欧襪燭瓠�IBMはコグニティブコンピュータを次世代のテクノロジと位����けている。IBMが�u(p┴ng)�Tとする企業向けや�o的機関、社会向けのシステム開発・サービスを提供するカギとなるテクノロジがコグニティブコンピュータである。そのコグニティブコンピュータのカギとなるのがニューロ半導��だ。
IBMがニューロ半導��に��を入れるのは、��来のノイマン型アーキテクチャでコグニティブコンピュータを?y┐n)��]すると、消�J電��が高すぎてしまうためである。ニューロ半導��なら、2桁も少ない消�J電��で演�Qできる。
IBMのゴールは、ニューロコンピュータと��来型のノイマン型コンピュータを統合させて、最��(d┛ng)のコンピューティングインテリジェンスを確立すること。人間の左�Nが言語や分析的な思考を司る理性的なノイマン型コンピューティングであるのに�瓦靴董����Nは感情やパターン認識などを司るニューロモーフィックコンピューティングに相当する。だから、IBMは両�vを統合した最��(d┛ng)のインテリジェンスを実現するために半導��に��を入れているのである。半導��の量�妌場をGlobalFoundriesに�‐�したように、量��はしないが、開発は��ける。
ニューラルコンピュータのシステムは、�j(lu┛)雑把に言えば、�H入��・1出��の等価�v路で表されるニューロン(図2)を膨�j(lu┛)な数つないだものである。入��には学�{の��(d┛ng)さを表す電気�B�^を�U入している。学�{によってこの�B�^値を�O動的に変えていくことで、��しい答えに�Zづけていく。図2では2個のニューロンしか載せていないが、TrueNorthではこのニューロンが1チップに100万個、●で表されているシナプスが2億5600万個集積されていると考えてよい。
図2 �H入��・1出��で学�{��(d┛ng)度�B�^を?y┐n)△┐織縫紂璽薀襯優奪肇錙璽�システ�?/strong>
��来のノイマン型コンピュータと比べて、消�J電��が圧倒的に少ないのは、クロックを使わずに、イベントが��きるたびにコンピュータが立ち�屬�るシステムだからである。��来のコンピュータは、人間の����時間と同じようにクロック時間で仕��が実行されている。しかし、クロックは常にパルスを送り��けるためCMOS�v路では電��を消�Jする。消�J電��を��(f┫)らすためにクロック周�S数を下げる（クロックゲーティング）とか、使っていない�v路を�k時的にオフにする（パワーゲーティング）などの工夫を行ってきた。さらに消�J電��を下げるためにクロックを使わないイベントドリブン��(sh┫)式や、イベントが立ち�屬�った時に相�}にも連絡するハンドシェイク��(sh┫)式なども出ているが、アイデア�Vまりとなっており使われてきていない。
IBMのニューロモーフィックアーキテクチャは図2のニューロンとシナプスをひたすら並べたものではない。コアを�}ばれるブロックを構成し、そのコアを64×64個=4096個並べたもので、�Qコアの中にメモリと演�Q�_(d│)、通信�_(d│)を入れている。そのコアがたとえ間違った答えを出したとしても、人間の頭�Nと同様、そのコアが不良(故障)している�lではなく、アーキテクチャは��常に動作している。1チップに4096個のコアを集積しているので、そのコアをシームレスにつなげることで、ニューロンを�\やすことができる。
人間の小�Nには1000億個、�j(lu┛)�Nには数��億個のニューロンが入っているという(参考�@料1)。IBMは長期的な�`�Yとして、100億個のニューロンと100兆個のシナプスを搭載したコンピュータを作るという�`�Yを�eっている。これを��積2リットルの����に実�△靴討�1kWの消�J電��で済むと見積もっている。
IBMはこういった新しいニューロモーフィック半導��チップを開発するために、エコシステムを構築してきた。シミュレーションやプログラム言語、アルゴリズム、アプリケーション、ライブラリ、教育研�Tなどを開発する。
参考�@料
1. 理化学研�|所「�Nは神経細胞の巨�j(lu┛)なネットワークである」
