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© Erik 'ES of TEX' Simon, 1989

 "Man will occasionally stumble over the truth, but most times he
will pick himself up and carry on..."
                                                Winston Churchill

   NEVER MIND THE UNIX WORKSTATION - FEEL THE NEURAL COMPUTER

                         by A. Nonymous

 This  article  has  been  seen before  in  the  "ST  Enthusiasts
Newsletter". Thanks to Dave Mooney for allowing us to use it. The
author, unfortunately, remains unknown.


 Neural  networks have been intensely researched during the  past
few  years  and  they  are set to provide  a  new  direction  for
computing in the 1990s.
 At  a recent technology exhibition in London,   engineers   from
Hitachi's  central  research laboratories showed  that  by  using
wafer  scale integration (wsi) for the implementation  they  have
produced  a  system  they believe is of  unprecedented  size  and
speed.
 The   system  is  based on the wsi of  digital  neural   network
circuits with up to 144 neurons on each wafer.  The wafers are of
5in  diameter  with the neurons and  their  interconnections,  or
synapses,  being created using gate array methodology  and  0.8um
technology.  Eight wafers provide up to 1152 neurons.
 Neural  networks are modelled on the form of the  brain.    Each
neuron  produces an output as a threshold function of the sum  of
its weighted inputs.  That output is then transmitted to the next
'layer' of neurons, where it is in turn weighted and summed  with
other neural outputs.
 The   pattern  of connection between the input  layer  and   the
output  layer  and  the  weights  assigned  to  each   connection
determine the result produced from a given input.  The ability to
alter  weights  in response to feedback allows a  network  to  be
trained  to  generate  an  appropriate  answer  to  a  particular
problem.
 Neural   networks  have shown promise in  solving  problems   of
optimisation  and recognition.  But the inherent  parallelism  of
neural  networks is not taken advantage of when run  as  software
simulations  on conventional serial processing  computers.   This
results in much slower operations.
 In  hardware,  researchers are pursuing analogue  and   digital,
and  optical  or electronic networks.  The most  general  network
architecture  is  the Hopfield network, in which  each  neuron  -
neurons  can  be disconnected by setting the synaptic  weight  to
zero.   But  where  the synapse  connections  are  permanent  and
discrete  their  number rises with the square of  the  number  of
neurons.
 Each   neuron  must  be able to store  a  synaptic  weight   for
connections  from  every neuron but is obviously  unwieldy.   The
solution to this chosen by Hitachi is a time multiplexed  digital
bus.
 Hitachi's   engineers describe the system as  a   neurocomputer,
and  envision it running as an accelerator or coprocessor  for  a
conventional computer or workstation host.  The company hopes  to
bring such a system to market within two years.
 The   engineers  responsible for the  neurocomputer  feel   that
their combination of digital neural networks and wsi has, for the
first time, produced a network of useful complexity and speed.
 They   say that moves to cell based layout and more   aggressive
design rules could get them up to 1000 neurons per wafer quickly.
There is also scope to improve the efficiency of gate utilisation
from the currently required 2000 per neuron to 1000 per neuron.
 The   system is contained in a frame measuring 12 x 8.3 x   9in.
Operating  from  a 5v supply, each wafer dissipates  5W  and  the
system as a whole approximately 50W with forced air cooling  used
to remove heat.
 The   neurocomputer  is digital in operation with  each   neuron
producing 1 9bit result.  Up to 64 synapse weights of 8 bits  are
stored  in  local sram at each neuron.  Each  wafer  contains  60
gate arrays of 100,000 gate complexity.  Of these, 48 are used to
implement three neurons per gate array along with the  associated
bus  connections  and  memory.  The remaining  12  are  used  for
buffering bus interconnections.
 To  provide a Hopfield network architecture,  each neural   gate
array  contains  its  own global bus which links to  two  of  its
nearest  neighbours.   This  bus joins a main bus  block  at  the
median line of the wafer, and from there it is taken off-wafer to
a backplane which connects all the wafers.
 The   bus is a 9 bit multiplexed bus allowing any neuron to   be
connected with any other neuron in the system.  The bus  protocol
includes  a broadcast facility allowing a neuron to be linked  to
all others simultaneously.
 This   time  multiplexed  bus  means  that  only  one    synapse
weighting circuit is required per neuron.  Summation is performed
by adding the weighted connections on successive cycles.  This is
much  slower  than a fully and discreetly connected  network  but
still  allows  neurons to operate in  parallel,  providing  speed
benefits over the software simulation.
 As  for  learning  performance,   Hitachi  claims  2.3   billion
connection  updates per second, and a prototype system  has  been
used to perform signature verification in 2s.
 Neural  networks are well suited to wsi as they are   inherently
tolerant of individually defective neurons.  Such a neuron can be
effectively   excised  from  the  network  by  setting  all   its
coefficients to zero.
 Neural   networks  are  notoriously  difficult  to  control   or
program but running one from a conventional host computer  helps.
But don't expect a neurocomputer to cost less than $10,000 for  a
minimal  configuration.   If  such a  configuration  has  a  1000
artificial  neurons, what value does that put on the human  brain
with about 10 billion neurons?

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