機(jī)器之心報(bào)道

作者：澤南

人類(lèi)大腦由 860 億個(gè)互相連接的神經(jīng)元組成，英特爾最近推出的類(lèi)腦芯片系統(tǒng) Pohoiki Beach 向「模擬大腦」這一目標(biāo)前進(jìn)了一大步，這是一個(gè)擁有 800 萬(wàn)人工神經(jīng)元的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。據(jù)英特爾介紹，其組成芯片在 AI 任務(wù)中的速度是傳統(tǒng) CPU 的一千倍，能耗效率是一萬(wàn)倍。

英特爾還表示，類(lèi)腦芯片越擴(kuò)展效率越高，這是傳統(tǒng)架構(gòu)無(wú)法企及的。

神經(jīng)形態(tài)學(xué)工程，也稱(chēng)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算，通常是指使用電路系統(tǒng)來(lái)模擬生物的神經(jīng)形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)，或許是下一代計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向。此前，來(lái)自 MIT、普渡大學(xué)、斯坦福、IBM、惠普等大學(xué)和公司的先驅(qū)者們都曾提出自己的全棧系統(tǒng)，但沒(méi)有一家能像今天的英特爾這樣如此接近神經(jīng)形態(tài)學(xué)研究的終極目標(biāo)——后者推出了一臺(tái)超越前人千倍算力的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

它就是剛剛在底特律美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）2019 電子復(fù)興峰會(huì)上出現(xiàn)的「Pohoiki Beach」系統(tǒng)，這是一款能夠模擬 800 萬(wàn)神經(jīng)元的 64 芯片計(jì)算機(jī)。英特爾實(shí)驗(yàn)室總監(jiān) Rich Uhlig 表示，Pohoiki Beach 已經(jīng)免費(fèi)向 60 個(gè)研究伙伴提供。這些機(jī)構(gòu)正在使用新類(lèi)型的芯片挑戰(zhàn)最尖端領(lǐng)域的研究，其中包括可擴(kuò)展 AI 算法，如冗余編碼和路徑規(guī)劃。

「我們對(duì) Loihi 擴(kuò)展后構(gòu)建更強(qiáng)大神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的結(jié)果印象深刻?，F(xiàn)在 Pohoiki Beach 已經(jīng)提供給超過(guò) 60 個(gè)合作伙伴使用，他們將使用這種專(zhuān)用系統(tǒng)解決復(fù)雜、計(jì)算密集型問(wèn)題?！筓hlig 表示。

Pohoiki Beach 包含 64 個(gè) 128 核心，14 納米制程的 Loihi 神經(jīng)形態(tài)芯片，這些芯片首次出現(xiàn)在世人面前是在 2017 年 10 月的 Neuro Inspired Computational Elements（NICE）研討會(huì)上。它們具有 60 毫米裸片尺寸，每塊包含 20 億個(gè)晶體管、13 萬(wàn)個(gè)人工神經(jīng)元和 1.3 億個(gè)突觸，此外還附有三個(gè)管理 Lakemont 核心用于任務(wù)編排。特別的是，Loihi 擁有可編程微碼學(xué)習(xí)引擎，可在片上訓(xùn)練異步脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN）——這是一種將時(shí)間結(jié)合進(jìn)模型操作的特殊 AI 模型，可以讓模型的不同組件不會(huì)同時(shí)被輸入處理。SNN 被認(rèn)為可以高效實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)修改、基于事件驅(qū)動(dòng)和細(xì)粒度平行計(jì)算。

Pohoiki Beach 由 64 個(gè)較小的 Loihi 芯片組成，可模擬約 830 萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元。這個(gè)數(shù)字和一些小型嚙齒動(dòng)物的大腦差不多。

在硬件之上，英特爾還提供了 Loihi 開(kāi)發(fā)工具鏈：包括 Loihi Python API、編譯器和一組用于在 Loihi 上構(gòu)建和執(zhí)行 SNN 的執(zhí)行庫(kù)。這些工具提供了自定義構(gòu)建神經(jīng)、突觸計(jì)算圖的方法，可調(diào)整諸如衰減時(shí)間、突觸權(quán)重、脈沖閾值等變量，也可通過(guò)自定義學(xué)習(xí)規(guī)則注入外部脈沖來(lái)模擬計(jì)算圖。

英特爾稱(chēng)，與傳統(tǒng)處理器相比，Loihi 處理信息的速度要快上 1000 倍，而效率則要高上 1 萬(wàn)倍。在處理某些類(lèi)型的優(yōu)化問(wèn)題上，神經(jīng)形態(tài)處理器的速度和能效要比普通 CPU 強(qiáng)三個(gè)數(shù)量級(jí)以上。此外，英特爾還表示 Loihi 在擴(kuò)展 50 倍時(shí)，在保證算力的情形下僅需增加 30% 的能耗——而常規(guī)架構(gòu)的芯片需要 50 倍能耗。在進(jìn)行同步定位和映射等操作時(shí)，新的芯片比常規(guī) CPU 節(jié)省 100 倍能耗。

與人腦中的神經(jīng)元類(lèi)似，Loihi 擁有數(shù)字軸突用于向臨近神經(jīng)元發(fā)送電信號(hào)，也有樹(shù)突用于接收信號(hào)，在兩者之間還有用于連接的突觸。英特爾表示，基于這種芯片的系統(tǒng)已經(jīng)被用于模擬皮膚的觸覺(jué)感應(yīng)、控制假腿和玩桌上足球等任務(wù)。

因?yàn)樾暑H高，Pohoiki Beach 和 Loihi 有望成為人工智能算法發(fā)展的新動(dòng)力。英特爾稱(chēng)，新形態(tài)的芯片可以在圖像識(shí)別、自動(dòng)駕駛和自動(dòng)化機(jī)器人等方面帶來(lái)巨大技術(shù)提升。

「使用 Loihi，我們可以在運(yùn)行實(shí)時(shí)深度學(xué)習(xí)基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)比 GPU 節(jié)省 109 倍的能耗，而與專(zhuān)用的物聯(lián)網(wǎng)推理硬件相比，神經(jīng)形態(tài)芯片也節(jié)約了 5 倍能耗，」Applied Brain Research 聯(lián)合首席執(zhí)行官、滑鐵盧大學(xué)教授 Chris Eliasmith 表示，他們的團(tuán)隊(duì)正在使用 Loihi 進(jìn)行研究。

英特爾表示，今年晚些時(shí)候，它將推出一個(gè)更大的 Loihi 系統(tǒng)——Pohoki Springs，該系統(tǒng)將擁有超過(guò) 1 億神經(jīng)元、1 萬(wàn)億個(gè)突觸，預(yù)計(jì)包含 768 顆芯片、1.5 萬(wàn)億個(gè)晶體管。下一代神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)將提供「前所未有的」性能和效率。

此外，Santa Clara 公司將繼續(xù)通過(guò)英特爾神經(jīng)形態(tài)研究社區(qū)（Intel Neuromorphic Research Community）為用戶(hù)提供訪(fǎng)問(wèn)其 Loihi 云系統(tǒng)和 Kapoho Bay（基于 Loihi 的 USB 形狀因子系統(tǒng)）的權(quán)限。

參考內(nèi)容：

https:///2019/07/15/intels-pohoiki-beach-is-a-neuromorphic-computer-capable-of-simulating-8-million-neurons/

https://www./news/intel-neuromorphic-loihi-ai-nuerons,39903.html

https://www./news/369532/intels-latest-chip-mimics-the-way-your-brain-works