[發明專利]R-SpiNNaker系統

在審

• 申請號: 202110957228.X
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113837355A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 孫滕諶;孟凡;張大華;石萬文
• 申請（專利權）人: 北京他山科技有限公司
• 主分類號: G06N3/04
• 分類號: G06N3/04;G06N3/063
• 代理公司: 北京金之橋知識產權代理有限公司 11137
• 代理人: 林建軍

提供了R?SpiNNaker系統。提供的R?SpiNNaker系統，包括多個芯片，所述多個芯片的一個或多個包括數字路由器、模擬信號路由器與一個或多個網絡端口或點對點端口；所述多個芯片中的第一芯片的網絡端口或點對點端口耦合所述多個芯片中的第二芯片的網絡端口或點對點端口；所述第一芯片的數字路由器通過其所在芯片的網絡端口或點對點端口接收數據包；根據承載了模擬信號路由器的配置信息或編程信息的數據包的數據設置所述第一芯片的模擬信號路由器的一個或多個開關。

技術領域

本申請涉及R-SpiNNaker系統，R-SpiNNaker系統包括多個R-SpiNNaker芯片，其中構建了分布式脈沖神經網絡(SNN，Spiking Neural Network)，以及用于分布式電容測量和物體感知。

背景技術

曼徹斯特大學的Steve B.Furber教授主持的SpiNNaker項目(參見IEEE-JournalsMagazines Volume 62,Issue 12,Dec.2013上的“Overview ofthe SpiNNakerSystem architecture”)的初衷是試圖理解和模擬人類大腦如何表示何處理信息的。SpiNNaker試圖模擬哺乳類動物的大腦行為，并不涉及模擬哺乳類動物感官行為，因此SpiNNaker是一個大規模并行多核純數字計算系統。它可以包含多達1,036,800個ARM9核和7Tbytes的RAM，分布在整個系統的57K節點(芯片)中，每個節點包含18個核，可以模擬10億個神經元的行為。

圖1A是SpiNNaker芯片架構的示意圖。

SpiNNaker的中心思想是所有計算信息都是由AER(地址事件表示方式，AddressEvent Representation)表示的。AER的基本原理在腦神經科學中得到了很好的證實，即當一個神經元觸發脈沖是一個純粹的異步事件。所有的信息只需包含脈沖產生的時間和發出脈沖的神經元的身份地址。在SpiNNaker系統中，每個節點(芯片)都有自己獨立的時鐘，接受信息的神經元只需知道接受脈沖的源地址和兩個脈沖之間間隔的相對時間即可，因此在AER系統中，當一個神經元發出脈沖時只需傳遞它的身份地址，而脈沖產生的相對時間間隔信息由接受神經元所在的節點自行計算出來，由于SpiNNaker需要模擬10億個神經元，因此需要4個字節32位地址空間。實現SpiNNaker思想的關鍵是每一個節點(芯片)都設置一個片上路由器，AER信息通訊是通過片上路由器以組播路由的方式實現的。每個片上路由器都有24個路由通道，其中18個用于片內18個核的信息通訊，其余6個用于片間通訊，由于SpiNNaker的目標是用5萬7千個18核芯片集群組成百萬核級超級計算機來模擬人腦活動，其6個片間路由物理通道采用適用近距離通訊的7線制高速異步鏈路。節點之間通過交換承載AER信息的數據包來實現，將承載AER信息的數據包稱為AER包。

基于電容的傳感器被廣泛應用。類似于ADC(模擬數字轉換器，Analog DigitalConverter)，CDC(電容數字轉換器)測量電容值并轉換為數字量輸出。

圖1B展示了利用CDC測量電容的電容測量單元的示意圖。電容測量單元包括CDC、電容極板與連接線。連接線將電容極板連接到CDC，從而CDC得以向電容極板施加激勵或接收響應以測量電容。

CDC包括激勵信號線端口(AEC)與互電容輸入信號線端口(ACC)。可選地，CDC還包括自電容信號線端口(SCA)、主動屏蔽信號線端口(SHD)和/或同步時鐘端口(CLK)。EXC代表激勵源，例如方波信號源。

在一種工作模式中，被測量的電容(Cm)的兩個極板分別與激勵信號線端口(AEC)與互電容輸入信號線端口(ACC)相連，構成互電容測量回路。激勵源EXC連接到激勵信號線端口(AEC)，CDC通過其激勵信號線端口(AEC)向電容(Cm)的極板施加激勵信號，并通過其互電容輸入信號線端口(ACC)采集從電容(Cm)的極板獲取的對激勵信號的響應，并根據響應測量電容(Cm)的電容值。由于電容(Cm)的兩個極板都同CDC相連，將電容(Cm)稱為互電容。