Нейроморфный
процессор «АЛТАЙ»

«Алтай-1» — это сверхбольшая интегральная схема (СБИС), предназначенная для эффективного исполнения (инференса) импульсных нейронных сетей. Архитектура «Алтай-1» разработана в соответствии с принципом «вычисления рядом с памятью», который позволяет избежать характерных для архитектуры фон Неймана избыточных энергозатрат на передачу данных между блоком памяти и вычислительным ядром. Как следствие, нейроморфный процессор «Алтай-1» обладает низким энергопотреблением.

Основной структурной единицей архитектуры «Алтай-1» является ядро. Ядро объединяет в себе группу нейронов и память для хранения их параметров. Функцию нейронов в ядре выполняет конечный автомат, который моделирует поведение нейронов.

Синхронизация работы всех нейронов импульсной нейронной сети осуществляется с помощью сигнала тик, после подачи которого потенциалы всех нейронов последовательно обновляются всеми ядрами и при необходимости испускаются спайки. За тик ядро выполняет, в том числе, 262144 синаптических операций. При этом частота тика может достигать 2000 Гц. Одна синаптическая операция выполняется за один такт синхросигнала с частотой до 600 МГц.

«Алтай-1» имеет регулярную структуру ядер в виде прямоугольной сети, в которой каждое ядро непосредственно связано со своими 4 соседями (рис. 1).

Для передачи спайков между нейронами разных ядер реализован механизм маршрутизации таких сигналов по сети ядер. Соответственно, при выполнении функции нейрона к потенциалу моделируемого нейрона могут быть добавлены значения нейронных потенциалов, отправленных нейронами из других ядер.

На данный момент выпущены прототипы «Алтай-1» (16 нейроядер с 512 нейронами в каждом ядре) и возможностью инференса импульсных нейронных сетей.

Изготовлены платы с 8 и 16 прототипами «Алтай-1». Плата с 8 процессорами представляет собой ускоритель нейроморфных вычислений, подключаемый к объединительной плате в десктопном форм-факторе (рис.2). На одну объединительную плату может быть подключено до 16 ускорителей.

Плата с 16 процессорами выполнена в форм-факторе встраиваемых систем и конструктивно совместима с Edge-платами (например, OrangePi5) по интерфейсу PCI-E (Рис. 3.1, Рис. 3.2).

Поддержка нейроморфного процессора «Алтай-1» реализована в Kaspersky Neuromorphic Platform (KNP) в качестве одного из аппаратных бэкендов.

С примерами решения практических задач на прототипе «Алтай-1» и платформе KNP можно ознакомиться в разделе «Исследования».

В 2026 году запланирован выпуск процессора «Алтай» второго поколения («Алтай-2»). «Алтай-2» будет обладать рядом новых важных возможностей:

• Обучение нейросети на чипе (on-line learning);
• Программируемая модель нейрона;
• Программируемая синаптическая функция;
• Динамически изменяемая структура нейросети.

Это еще один шаг к созданию не только энергоэффективных и быстродействующих, но и адаптивных систем нейроморфного ИИ.

Все новые возможности «Алтай-2» также будут поддерживаться в Kaspersky Neuromorphic Platform, что позволит учесть особенности аппаратной архитектуры «Алтай-2» при разработке импульсных нейронных сетей и, как следствие, создавать вычислительно-эффективные конечные решения на данной аппаратной платформе.