浙江大学脳機械知能全国重点実験室は、世界最大規模の類似脳コンピュータ「Darwin Monkey（悟空）」を正式に発表しました。この画期的な成果は、類似脳計算技術が新たな発展段階に入ったことを示しています。このコンピュータには20億を超えるパルス神経細胞と1000億以上のシナプス接続があり、初めて工程システムでサルの脳の神経細胞規模に近づきました。人工知能や神経科学の研究にとって新しい道を開きました。

技術構造: Darwin3チップによる計算革命

悟空コンピュータのコアは、浙江大学と之江実験室が共同で開発した960個のDarwin3世代の類似脳チップです。これらのチップはパルス神経ネットワーク構造を採用しており、離散的なパルス信号によって情報を伝達し、生物の神経細胞の動作メカニズムをよりリアルに模倣します。1つのチップは最大で235万個のパルス神経細胞をサポートでき、従来の計算チップの処理能力を大きく超えています。

image.png

Darwin3チップの設計理念は、現代神経科学の核心的な観点である「神経細胞が脳の独立した機能単位である」というものです。人工の神経細胞とシナプスを精密に模倣することで、これらのチップは人間の脳に似た意思決定、学習、記憶の機能を実現し、効率的な情報処理のための新たな技術的道を開きます。

チップはイベント駆動型アーキテクチャを採用しており、パルス信号を受け取るまたは計算タスクを実行するときのみ関連モジュールがアクティブになります。この設計により、1回のシナプス操作のエネルギー消費は5.47ピコジュールに過ぎず、非常に優れたエネルギー効率を示しています。従来の計算アーキテクチャと比較して、この低電力特性により大規模なニューラルネットワークの実際的な配置が可能になりました。

システム統合: 先進的なパッケージング技術による効率的な相互接続

悟空コンピュータは、革新的な2.5Dパッケージング技術をシステム統合に採用しています。研究チームは64個のDarwin3チップを1枚の12インチワファーに直接パッケージングし、従来のパッケージング方式の物理的制限を突破しました。この設計により、すべてのチップ間の相互接続はマイクロナノメートルスケールで完了し、データ転送速度を大幅に向上させ、通信エネルギーを削減しました。

この全体システムは15台のブレード型神経擬態サーバーから構成されており、各サーバーには64個のDarwin3チップが搭載されています。このモジュラー設計により、悟空コンピュータは高い拡張性と柔軟性を持ち、さまざまな応用要件に基づいて構成を調整できます。

20億の神経細胞という巨大な規模を持つにもかかわらず、このシステムの電力消費は2000ワット以内に抑えられています。このエネルギー消費レベルは従来のスーパーコンピュータと比べて質的な飛躍であり、類似脳計算の実用的な配置の基礎を築きました。

ソフトウェアエコシステム: ダーリン類似脳オペレーティングシステム

ハードウェアの潜在力を最大限に引き出すために、研究チームは専用のダーリン類似脳オペレーティングシステムを開発しました。このシステムはレイヤーごとのリソース管理構造を採用し、タスクロード感知調度および動的タイムスライス割り当てメカニズムを組み合わせることで、神経擬態タスクの効率的な並列実行を実現しています。

オペレーティングシステムのスマート調度機能は、さまざまなタスクの特徴とシステムリソース状況に応じて、計算リソースと通信帯域を動的に割り当てます。この最適化メカニズムにより、複雑なニューラルネットワークタスクを処理する際、システムが効率的に動作し続けることが保証されます。

システムは多様なパルス神経細胞モデルと学習規則をサポートしており、研究者に柔軟な実験プラットフォームを提供します。標準化されたインターフェースと開発ツールを通じて、ユーザーはさまざまな類似脳アルゴリズムの配置とテストを簡単にできます。

応用実践: 理論から実際への技術検証

悟空コンピュータはすでに多くの実際の応用場面で強力な能力を示しています。研究所長の潘綱教授によると、チームはこのシステム上でDeepSeekなどの多くのスマートアプリケーションを成功裏に配置し、論理的推論、コンテンツ生成、数学的解決などの複雑なタスクを完了しました。

さらに科学的価値が高いのは、悟空コンピュータが異なる神経細胞規模の動物の脳を模倣できる点です。単純な線虫から複雑なサルの脳まで、このシステムは神経科学者にとってこれまでにない実験ツールを提供します。この種を越えた脳の模倣能力は、生きている動物実験への依存を減少させる可能性があり、脳科学研究にさらに人道的で効率的な研究方法を開拓するでしょう。

正確な動物の神経ネットワーク構造の模倣を通じて、研究者は脳の働き方を深く理解し、神経情報処理の基本原理を探ることができます。これは、人間の認知機能の理解や神経系疾患の治療などに重要な意味を持っています。

国際的地位: 類似脳計算の発展方向をリード

悟空コンピュータの発表により、中国は類似脳計算分野で重要な国際的リーダーシップを獲得しました。以前、世界最大の神経擬態計算システムはIntelのHala Pointで、11.5億の神経細胞を持っていました。悟空コンピュータの20億の神経細胞規模はそのほぼ2倍であり、顕著な技術的飛躍を果たしました。

技術の発展のトレンドを見れば、浙江大学のチームは類似脳計算分野で持続的な技術蓄積を行ってきました。2020年に発表された「Darwin Mouse（ミッチ）」は1.2億の神経細胞を持っていましたが、現在の悟空コンピュータでは20億の神経細胞となり、神経細胞規模は約17倍に増加しました。これは技術の急速な進化の強さを示しています。

この成果は、中国が先端科技分野でのイノベーションの実力を示すだけでなく、世界の類似脳計算技術の発展にも重要な参考を提供しています。関連技術がさらに成熟していくにつれて、今後多くの国や機関がこの分野の研究に参加するものと考えられます。

将来の展望: 二重価値のある技術革新

潘綱教授は悟空コンピュータの将来の応用について明確な位置付けを示しました。このシステムは2つの方向で重要な役割を果たす予定です。一つは人工知能の発展のための新たな計算基盤として、類似脳AIアルゴリズムに効率的なハードウェアプラットフォームを提供すること。もう一つは神経科学の研究のために強力な脳の模擬ツールを提供し、科学者が脳の仕組みをよりよく理解する手助けをすることです。

人工知能分野において、悟空コンピュータは類似脳アルゴリズムの発展を推進し、より知的で人間らしいAIシステムの実現を目指します。人間の脳の情報処理方法を模倣することで、このようなシステムは複雑な認知タスクを処理する際により良い適応性と汎化能力を示すかもしれません。

神経科学分野において、このシステムは脳の機能研究に画期的な実験プラットフォームを提供します。正確な神経ネットワークパラメータの制御により、研究者はさまざまな脳科学理論を検証し、認知機能の神経的基盤を探索することができます。

技術がさらに発展するにつれ、悟空コンピュータはスマートロボット、自動運転、スマート医療など多くの応用分野で重要な役割を果たすことが期待されます。この成果の登場により、類似脳計算技術が研究室から実際の応用へと進むことを示し、より知的な未来社会の構築に堅固な基盤を築いたことになります。

参考文献：https://interestingengineering.com/science/china-world-largest-scale-brain-computer