新智元報道
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編輯：LRST
【新智元導讀】在今年1月《Journal of Supercomputing》上開源的「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）完整版本原始碼，基於RISC-V架構，支援脈衝神經網路（SNN）和反向傳播STDP。該晶片透過並行架構顯著提升神經元和突觸處理能力，頻寬和能效大幅提升，MNIST資料集準確率達91%。
神經形態計算的研究主要基於脈衝神經網路（SNN）模型，這是一種生物啟發的計算正規化，旨在模擬大腦的資訊處理機制。具體而言，該領域的目標是透過融合神經生物學和計算神經科學的理論知識，構建能夠實現類人智慧的計算系統。
為了解決傳統計算架構在處理大量資料時面臨的效率瓶頸和高功耗問題，研究者們提出了基於人腦神經元結構的神經形態晶片，以顯著提升計算效率和能效比。
中科院計算所趙地研究團隊在2025年1月在《Journal of Supercomputing》上開源了一種創新的神經形態處理器「開源類腦晶片」二代（Polaris 23），其核心優勢在於實現了高資料吞吐量，並集成了具有反向傳播加速功能的定製化脈衝神經網路架構。
論文地址：https://link.springer.com/article/10.1007/s11227-024-06826-y
原始碼連結1：https://github.com/ByeBeihai/Polaris
原始碼連結2：https://gitee.com/OpenBPU/OpenBPU2
「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）主要包括兩個部分：神經形態處理單元、神經形態指令處理器。
主要技術引數如下：
「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）的神經形態處理單元包含了神經形態自定義SNN指令擴充套件集：RV-SNN 2.0，幷包括三個組成部分：SNN發射單元、LIF神經元更新單元、突觸計算單元。
「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）的神經形態指令處理器包括：發射單元（ISU），執行單元（EXU）和寫回單元（WBU）。
為了提高處理神經元和突觸的能力，「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）的神經形態指令處理器設計了多發射架構。例如，在雙發射模式下，神經形態指令處理器可以同時執行兩條神經形態指令：
為了提高處理神經元和突觸的能力，神經形態指令處理器還設計了並行執行架構。
其中，發射單元（ISU）實現了圓形佇列架構：
神經形態指令處理器的執行單元（EXU）實現了可並行執行的架構：
神經形態指令處理器的寫回單元（WBU）設計了多提交埠。
目前，開源的神經形態晶片包括：比利時Catholique de Louvain大學的ODIN脈衝神經網路處理器、中科院計算所的開源類腦晶片「文曲星」系列等。
為了驗證「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）的效能，和比利時Catholique de Louvain大學的ODIN脈衝神經網路處理器同時部署在FPGA上（AMD ALVEO U250卡），並進行了比較。
在神經元頻寬方面，「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）的頻寬相較於比利時Catholique de Louvain大學的ODIN脈衝神經網路處理器提高約300倍：
在能效方面（資源頻寬比、功耗頻寬比），「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）的頻寬相較於比利時Catholique de Louvain大學的ODIN脈衝神經網路處理器有明顯的提升：
「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）部署還在FPGA開發板上（Kintex-7 XC7K70T），並測試脈衝神經網路分類。實驗結果表明，「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）在效能指標上實現了顯著突破，並在MNIST資料集上獲得了91%的準確率。
開發團隊
「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）培養了一支有創造力的開發團隊：主開發者宗吉祥同學 （https://github.com/ByeBeihai）現在就讀於中科院計算所，團隊成員王九龍同學現就讀於德國慕尼黑工業大學，李桂潤同學現在就讀於深圳大學，吳若樸同學現就讀於荷蘭代爾夫特理工大學，指導教師趙地副研究員獲得2023年度「中國科學院大學優秀本科生指導教師」獎。
2024年，開源類腦晶片「文曲星」系列的工作受到了國家自然科學基金資助，「開源類腦晶片」二代（Polaris 23）正在進行後端設計與流片。
中科院計算所趙地團隊正在研究「開源類腦晶片」三代，將包括全新的類腦學習演算法和更強的多核神經元和突觸處理能力。
參考資料：
https://link.springer.com/article/10.1007/s11227-024-06826-y