多CPU类脑模拟系统架构研究
发布时间：2021-09-02 06:12
自2016年Alphago在职业围棋比赛中打败了人类顶尖围棋选手后,人工智能发展如火如荼。但是基于现有的计算机架构的限制,要设计出达到类人智能十分困难。“冯·诺依曼”架构的计算机体系的特征是内存与CPU分离,两者之间通过数据总线进行数据交换。当处理大型问题时,存储单元与计算单元的通信延时成为性能瓶颈,造成严重的存储墙效应。而生物大脑通过神经网络处理信息,神经元既有计算功能,又有存储功能,实现了运行与存储高度结构一体化,并且功耗极低。因此本文对多CPU类脑模拟系统展开研究,合理设计多CPU的组织方式,利用FPGA的多路交换特性,使用合适的互联结构,减少互联的物理连接,以实现类脑模拟系统。本文对多CPU类脑模拟系统相关问题进行了研究。第一,多CPU类脑模拟系统需要解决多个CPU如何有效的组织互联问题。根据问题分析了四边形、六边形和八边形的互联结构,最终结果选择具有对称性、扩展性和网络直径较少的六边形作为计算节点的互联结构。结合FPGA、CAM和六边形的互联结构的特点,提出了类脑模拟系统硬件的方案并研制了电路板。第二,本文提出多CPU类脑模拟系统的路由协议。结合神经元之间联结固定不变的特点,...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
类脑模拟系统
第三章 多 CPU 类脑模拟系统设计3.1 多 CPU 类脑模拟系统架构如第二章所述，类脑模拟系统是指模拟人脑的神经网络结构和信息处理过程，构建出具有类脑智能的超低功耗计算机。本论文所提出的多 CPU 类脑模拟系统的架构如图 3-1 所示，每个神经元映射到CPU 的线程中，多个 CPU 组成类脑模拟系统主板，大量的类脑模拟系统主板存放在计算机机柜中，主板间通过有序的连接构成多 CPU 类脑模拟系统。多 CPU 类脑模拟系统由服务器主机和大量的类脑模拟系统主板构成。服务器主机负责与用户交互、控制并下发任务到类脑模拟系统主板。类脑模拟系统主板主要工作是模拟神经网络，并将执行情况返回给服务器主机。
图 3-3 计算节点框图Figure 3-3 Computing node block diagram中，都有 8 个 CPU，其中有一个主 CPU，它的主PGA 程序、初始化更新路由表；并能够更新内核系统在硬件上的核心主体是 CPU；硬件成本主要要体现在 CPU 上，所以 CPU 的选型就变得十分重构，包括 Intel 的 x86 体系，大量运用在平板电脑系[38]。我们类脑模拟系统的 CPU 需要满足高性能用的是精简指令集、低功耗设计以及异构计算等中进行选型。和商用芯片，如果选择专用芯片就需要开发设计期较长、成本较高、风险大。商用芯片经过市场的
【参考文献】：
期刊论文
[1]人工脑和仿神经结构工程[J]. 顾凡及. 自然杂志. 2019(01)
[2]以CPU、操作系统为核心的国内外信息技术产品生态体系现状对比分析[J]. 董哲一,王超. 网络空间安全. 2018(12)
[3]大数据时代——从冯·诺依曼到计算存储融合[J]. 邱赐云,李礼,张欢,吴佳. 计算机科学. 2018(S2)
[4]人工智能技术简析[J]. 何江源. 数字通信世界. 2018(07)
[5]寒武纪:自主“芯”引领人工智能时代[J]. 司春杰,章磊,张诗欢. 浦东开发. 2018(06)
[6]我国成立“类脑国家实验室”“借鉴人脑”攻关人工智能[J]. 徐海涛. 今传媒. 2017(05)
[7]多媒体技术研究:2015——类脑计算的研究进展与发展趋势[J]. 黄铁军,施路平,唐华锦,潘纲,陈云霁,于俊清. 中国图象图形学报. 2016(11)
[8]类脑计算新发展——“TrueNorth”神经元芯片[J]. 王雨辰,胡华. 计算机科学. 2016(S1)
[9]脑科学视角下的高性能计算[J]. 刘亚东,胡德文. 计算机学报. 2017(09)
[10]从脑网络到人工智能——类脑计算的机遇与挑战[J]. 余山. 科技导报. 2016(07)
硕士论文
[1]基于忆阻器脉冲神经网络的突触电路设计[D]. 刘振宇.哈尔滨工业大学 2018
[2]大规模类脑模拟仿真计算机体系结构的研究[D]. 谢建群.广东工业大学 2018
[3]基于超级计算机的大规模脑神经网络的仿真技术研究[D]. 邵亚超.国防科学技术大学 2015
本文编号：3378472
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
类脑模拟系统
第三章 多 CPU 类脑模拟系统设计3.1 多 CPU 类脑模拟系统架构如第二章所述，类脑模拟系统是指模拟人脑的神经网络结构和信息处理过程，构建出具有类脑智能的超低功耗计算机。本论文所提出的多 CPU 类脑模拟系统的架构如图 3-1 所示，每个神经元映射到CPU 的线程中，多个 CPU 组成类脑模拟系统主板，大量的类脑模拟系统主板存放在计算机机柜中，主板间通过有序的连接构成多 CPU 类脑模拟系统。多 CPU 类脑模拟系统由服务器主机和大量的类脑模拟系统主板构成。服务器主机负责与用户交互、控制并下发任务到类脑模拟系统主板。类脑模拟系统主板主要工作是模拟神经网络，并将执行情况返回给服务器主机。
图 3-3 计算节点框图Figure 3-3 Computing node block diagram中，都有 8 个 CPU，其中有一个主 CPU，它的主PGA 程序、初始化更新路由表；并能够更新内核系统在硬件上的核心主体是 CPU；硬件成本主要要体现在 CPU 上，所以 CPU 的选型就变得十分重构，包括 Intel 的 x86 体系，大量运用在平板电脑系[38]。我们类脑模拟系统的 CPU 需要满足高性能用的是精简指令集、低功耗设计以及异构计算等中进行选型。和商用芯片，如果选择专用芯片就需要开发设计期较长、成本较高、风险大。商用芯片经过市场的
【参考文献】：
期刊论文
[1]人工脑和仿神经结构工程[J]. 顾凡及. 自然杂志. 2019(01)
[2]以CPU、操作系统为核心的国内外信息技术产品生态体系现状对比分析[J]. 董哲一,王超. 网络空间安全. 2018(12)
[3]大数据时代——从冯·诺依曼到计算存储融合[J]. 邱赐云,李礼,张欢,吴佳. 计算机科学. 2018(S2)
[4]人工智能技术简析[J]. 何江源. 数字通信世界. 2018(07)
[5]寒武纪:自主“芯”引领人工智能时代[J]. 司春杰,章磊,张诗欢. 浦东开发. 2018(06)
[6]我国成立“类脑国家实验室”“借鉴人脑”攻关人工智能[J]. 徐海涛. 今传媒. 2017(05)
[7]多媒体技术研究:2015——类脑计算的研究进展与发展趋势[J]. 黄铁军,施路平,唐华锦,潘纲,陈云霁,于俊清. 中国图象图形学报. 2016(11)
[8]类脑计算新发展——“TrueNorth”神经元芯片[J]. 王雨辰,胡华. 计算机科学. 2016(S1)
[9]脑科学视角下的高性能计算[J]. 刘亚东,胡德文. 计算机学报. 2017(09)
[10]从脑网络到人工智能——类脑计算的机遇与挑战[J]. 余山. 科技导报. 2016(07)
硕士论文
[1]基于忆阻器脉冲神经网络的突触电路设计[D]. 刘振宇.哈尔滨工业大学 2018
[2]大规模类脑模拟仿真计算机体系结构的研究[D]. 谢建群.广东工业大学 2018
[3]基于超级计算机的大规模脑神经网络的仿真技术研究[D]. 邵亚超.国防科学技术大学 2015
本文编号：3378472
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