在单芯片上实现含 1200 万个 Hodgkin-Huxley 神经元的网络
新兴技术
2020-04-29 v1
摘要
理解人脑是二十一世纪科学家面临的最大挑战。Hodgkin-Huxley（HH）模型是用于脑生物真实模拟最成功的数学模型之一。然而，HH 神经元的模拟涉及复杂计算，这使得大规模脑网络的实现十分困难。本文提出一种高效计算大规模 HH 神经元网络的硬件架构。该架构基于神经元机器硬件架构，后者因仅有一个计算节点而存在速度限制。所提架构本质上是一个具有多个称为硬件神经元的计算节点的非冯·诺依曼同步系统，以实现线性加速。本文以一个计算大规模 HH 神经元网络的数字化电路设计为例，详细描述所提架构。该设计支持脉冲的轴突传导延迟、短程与长程可塑性突触，以及浮点精度 HH 神经元。该设计在现场可编程门阵列（FPGA）芯片上实现，并以近实时计算一百万个 HH 神经元组成的网络。所实现系统可计算多达 1200 万个 HH 神经元和 6 亿个突触的网络。所提设计方法有助于设计支持复杂神经元模型的系统，并可在可重构 FPGA 芯片上灵活实现。
引用
@article{arxiv.2004.13334,
title = {Implementation of a 12-Million Hodgkin-Huxley Neuron Network on a Single Chip},
author = {Byungik Ahn},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.13334},
year = {2020}
}
备注
8 pages, 14 figures, submitted to ICONS conference