960顆類腦芯片，浙大“悟空”出世_算法|人工智能

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本文由半導體產業縱橫（ID：ICVIEWS）綜合
國際首臺神經元規模超過20億、基于專用神經擬態芯片的類腦計算機。
【960顆類腦芯片，浙大“悟空”出世】
浙江大學腦機智能全國重點實驗室發布最新研制的新一代神經擬態類腦計算機—Darwin Monkey（”悟空”）。該類腦計算機搭載了960顆實驗室自研的達爾文3代類腦計算芯片，支持的脈沖神經元規模超過20億，神經突觸超過千億，其神經元數量已接近獼猴大腦規模，在典型運行狀態下功耗約為2000瓦。
這是國際上首臺神經元規模超過20億的基于專用神經擬態芯片的類腦計算機，同時也是浙江大學類腦計算團隊繼2020年9月份研制成功我國首臺億級神經元類腦計算機Darwin Mouse（“米奇”）之后的又一重要突破。
達爾文3代類腦計算芯片Darwin Monkey所采用的達爾文3代類腦計算芯片是由浙江大學牽頭、聯合之江實驗室于2023年初研制成功，單顆芯片支持超過235萬脈沖神經元與億級神經突觸，并支持類腦計算專用指令集和神經擬態在線學習機制。與其它類腦芯片相比，達爾文3代類腦計算芯片在神經元規模、突觸存儲密度、推理學習任務的效率等方面具有優勢。

類腦計算機“悟空”搭載的達爾文3代類腦計算芯片
在神經元模型的靈活性方面，研究者提出了一種專用的指令集體系結構（ISA），能夠高效靈活地描述不同的神經動力學模型和學習規則，利用高并行性的計算操作實現多組運行參數加載和狀態變量更新，解決模型構建靈活性和運行效率之間的矛盾。
在突觸連接的規模與密度方面，研究組設計了一種高效連接表示機制，有效壓縮了描述突觸連接所需的信息，提升了整體片上存儲的使用效率，增加了突觸密度和規模使得單芯片能夠支持200萬以上神經元和1億以上神經突觸。
在片上學習能力方面，達爾文3代類腦芯片具備靈活的片上學習和芯片級擴展能力，能夠高效實現不同類型的神經元和突觸模型，運行大規模脈沖神經網絡。
Darwin Monkey類腦計算機據介紹，整臺Darwin Monkey類腦計算機由15臺刀片式神經擬態類腦服務器組成，每一臺刀片式類腦服務器內部集成了64顆達爾文3代類腦計算芯片。

類腦計算機“悟空”
值得一提的是，在類腦計算芯片的基礎上，為了構建超大規模的類腦計算機Darwin Monkey ，研究團隊突破了以下關鍵技術：

構建大規模神經元系統互連與集成架構，支持以多維網格為基本拓撲結構的層次化、可擴展芯片間互連。
實現自適應時間步控制方法，支持大規模神經元之間的任務協同運行。
采用國產晶圓基板工藝，基于CoWoS-S 2.5D先進封裝技術，實現晶圓級類腦計算芯片。
提出分層的系統資源管理框架，設計多級內存系統中的數據換入換出策略，實現對大規模神經元系統資源的管理與調度。

晶上系統SoW集成方式的神經擬態類腦服務器
刀片式類腦服務器的集成方式除了基于傳統PCB板級互連的方式之外，為了突破芯片間互連速度與系統能效的瓶頸，團隊聯合浙大集成電路學院，利用2.5D先進封裝技術研制出晶圓級超集成類腦計算芯片DarwinWafer ，搭建了基于DarwinWafer的晶上系統刀片服務器，整個SoW刀片式服務器主體僅僅包含一張集成64顆達爾文3代類腦計算芯片裸片的12寸晶圓，擺脫了傳統光罩的物理約束，實現導線微納尺度的互連優化。
為了充分釋放類腦計算機的能力，團隊還研制了新一代達爾文類腦操作系統。該系統采用分層資源管理架構，通過構建負載感知調度算法與動態時間片劃分機制等技術，在考慮通信帶寬與任務特征的基礎上，實現了神經擬態任務的高效并發調度與系統資源的動態優化。
Darwin Monkey的應用場景Darwin Monkey（悟空）類腦計算系統具備大規模、高并行、低功耗等特點，團隊負責人、浙江大學腦機智能全國重點實驗室主任潘綱教授稱其將為現有的計算場景提供新的計算范式，為人工智能發展提供新的算力基座。
首先，類腦計算系統既能解決現有深度網絡及大模型高能耗、高計算量的問題，其無人監督的在線方式學習機制也能為人工智能發展帶來進步。
其次，作為腦模擬的天然平臺， Darwin Monkey可以作為腦研究的仿真工具，減少真實的生物實驗。這種新的實驗手段，便于探索大腦工作機理，更好地理解大腦。
第三，人類的推理能力和效率遠超當前人工智能， Darwin MonKey計算機仿腦的工作機制和超越人腦的運算速度，將為未來類腦AI的研究提供強大的支持。
目前團隊在Darwin Monkey類腦計算機上已成功部署多項智能應用，不僅通過運行DeepSeek類腦大模型完成邏輯推理、內容生成和數學求解等智能任務，還初步模擬了包括秀麗線蟲、斑馬魚、小鼠以及獼猴等不同神經元規模的動物大腦。
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