「開源類腦芯片」二代發布！支持反向傳播突觸學習規則和并行神經元計算
神經形態計算的研究主要基于脈沖神經網絡（SNN）模型，這是一種生物啟發的計算范式，旨在模擬大腦的信息處理機制。具體而言，該領域的目標是通過融合神經生物學和計算神經科學的理論知識，構建能夠實現類人智能的計算系統。
為了解決傳統計算架構在處理大量數據時面臨的效率瓶頸和高功耗問題，研究者們提出了基于人腦神經元結構的神經形態芯片，以顯著提升計算效率和能效比。
中科院計算所趙地研究團隊在2025年1月在《Journal of Supercomputing》上開源了一種創新的神經形態處理器「開源類腦芯片」二代（Polaris 23），其核心優勢在于實現了高數據吞吐量，并集成了具有反向傳播加速功能的定制化脈沖神經網絡架構。
論文地址：https://link.springer.com/article/10.1007/s11227-024-06826-y
源碼鏈接1：https://github.com/ByeBeihai/Polaris
源碼鏈接2：https://gitee.com/OpenBPU/OpenBPU2
「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）主要包括兩個部分：神經形態處理單元、神經形態指令處理器。
主要技術參數如下：
「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）的神經形態處理單元包含了神經形態自定義SNN指令擴展集：RV-SNN 2.0，并包括三個組成部分：SNN發射單元、LIF神經元更新單元、突觸計算單元。
「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）的神經形態指令處理器包括：發射單元（ISU），執行單元（EXU）和寫回單元（WBU）。
為了提高處理神經元和突觸的能力，「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）的神經形態指令處理器設計了多發射架構。例如，在雙發射模式下，神經形態指令處理器可以同時執行兩條神經形態指令：
為了提高處理神經元和突觸的能力，神經形態指令處理器還設計了并行執行架構。
其中，發射單元（ISU）實現了圓形隊列架構：
神經形態指令處理器的執行單元（EXU）實現了可并行執行的架構：
神經形態指令處理器的寫回單元（WBU）設計了多提交端口。
目前，開源的神經形態芯片包括：比利時Catholique de Louvain大學的ODIN脈沖神經網絡處理器、中科院計算所的開源類腦芯片「文曲星」系列等。
為了驗證「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）的性能，和比利時Catholique de Louvain大學的ODIN脈沖神經網絡處理器同時部署在FPGA上（AMD ALVEO U250卡），并進行了比較。
在神經元帶寬方面，「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）的帶寬相較于比利時Catholique de Louvain大學的ODIN脈沖神經網絡處理器提高約300倍：
在能效方面（資源帶寬比、功耗帶寬比），「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）的帶寬相較于比利時Catholique de Louvain大學的ODIN脈沖神經網絡處理器有明顯的提升：
「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）部署還在FPGA開發板上（Kintex-7 XC7K70T），并測試脈沖神經網絡分類。實驗結果表明，「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）在性能指標上實現了顯著突破，并在MNIST數據集上獲得了91%的準確率。
開發團隊
「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）培養了一支有創造力的開發團隊：主開發者宗吉祥同學 （https://github.com/ByeBeihai）現在就讀于中科院計算所，團隊成員王九龍同學現就讀于德國慕尼黑工業大學，李桂潤同學現在就讀于深圳大學，吳若樸同學現就讀于荷蘭代爾夫特理工大學，指導教師趙地副研究員獲得2023年度「中國科學院大學優秀本科生指導教師」獎。
2024年，開源類腦芯片「文曲星」系列的工作受到了國家自然科學基金資助，「開源類腦芯片」二代（Polaris 23）正在進行后端設計與流片。
中科院計算所趙地團隊正在研究「開源類腦芯片」三代，將包括全新的類腦學習算法和更強的多核神經元和突觸處理能力。
