機器之心報道
作者：澤南
人類大腦由 860 億個互相連接的神經(jīng)元組成，英特爾最近推出的類腦芯片系統(tǒng) Pohoiki Beach 向「模擬大腦」這一目標前進了一大步，這是一個擁有 800 萬人工神經(jīng)元的計算機系統(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，能耗效率是一萬倍。
英特爾還表示，類腦芯片越擴展效率越高，這是傳統(tǒng)架構(gòu)無法企及的。
神經(jīng)形態(tài)學(xué)工程，也稱神經(jīng)形態(tài)計算，通常是指使用電路系統(tǒng)來模擬生物的神經(jīng)形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)，或許是下一代計算機的發(fā)展方向。此前，來自 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——后者推出了一臺超越前人千倍算力的超級計算機。
它就是剛剛在底特律美國國防部高級研究計劃局（DARPA）2019 電子復(fù)興峰會上出現(xiàn)的「Pohoiki Beach」系統(tǒng)，這是一款能夠模擬 800 萬神經(jīng)元的 64 芯片計算機。英特爾實驗室總監(jiān) Rich Uhlig 表示，Pohoiki Beach 已經(jīng)免費向 60 個研究伙伴提供。這些機構(gòu)正在使用新類型的芯片挑戰(zhàn)最尖端領(lǐng)域的研究，其中包括可擴展 AI 算法，如冗余編碼和路徑規(guī)劃。
「我們對 Loihi 擴展后構(gòu)建更強大神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的結(jié)果印象深刻。現(xiàn)在 Pohoiki Beach 已經(jīng)提供給超過 60 個合作伙伴使用，他們將使用這種專用系統(tǒng)解決復(fù)雜、計算密集型問題?！筓hlig 表示。
Pohoiki Beach 包含 64 個 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）研討會上。它們具有 60 毫米裸片尺寸，每塊包含 20 億個晶體管、13 萬個人工神經(jīng)元和 1.3 億個突觸，此外還附有三個管理 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）——這是一種將時間結(jié)合進模型操作的特殊 AI 模型，可以讓模型的不同組件不會同時被輸入處理。SNN 被認為可以高效實現(xiàn)自適應(yīng)修改、基于事件驅(qū)動和細粒度平行計算。
Pohoiki Beach 由 64 個較小的 Loihi 芯片組成，可模擬約 830 萬個神經(jīng)元。這個數(shù)字和一些小型嚙齒動物的大腦差不多。
在硬件之上，英特爾還提供了 Loihi 開發(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。這些工具提供了自定義構(gòu)建神經(jīng)、突觸計算圖的方法，可調(diào)整諸如衰減時間、突觸權(quán)重、脈沖閾值等變量，也可通過自定義學(xué)習(xí)規(guī)則注入外部脈沖來模擬計算圖。
英特爾稱，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 萬倍。在處理某些類型的優(yōu)化問題上，神經(jīng)形態(tài)處理器的速度和能效要比普通 CPU 強三個數(shù)量級以上。此外，英特爾還表示 Loihi 在擴展 50 倍時，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。在進行同步定位和映射等操作時，新的芯片比常規(guī) CPU 節(jié)省 100 倍能耗。
與人腦中的神經(jīng)元類似，Loihi 擁有數(shù)字軸突用于向臨近神經(jīng)元發(fā)送電信號，也有樹突用于接收信號，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感應(yīng)、控制假腿和玩桌上足球等任務(wù)。
因為效率頗高，Pohoiki Beach 和 Loihi 有望成為人工智能算法發(fā)展的新動力。英特爾稱，新形態(tài)的芯片可以在圖像識別、自動駕駛和自動化機器人等方面帶來巨大技術(shù)提升。
「使用 Loihi，我們可以在運行實時深度學(xué)習(xí)基準測試時比 GPU 節(jié)省 109 倍的能耗，而與專用的物聯(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，他們的團隊正在使用 Loihi 進行研究。
英特爾表示，今年晚些時候，它將推出一個更大的 Loihi 系統(tǒng)——Pohoki Springs，該系統(tǒng)將擁有超過 1 億神經(jīng)元、1 萬億個突觸，預(yù)計包含 768 顆芯片、1.5 萬億個晶體管。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)通過英特爾神經(jīng)形態(tài)研究社區(qū)（Intel Neuromorphic Research Community）為用戶提供訪問其 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://venturebeat.com/2019/07/15/intels-pohoiki-beach-is-a-neuromorphic-computer-capable-of-simulating-8-million-neurons/
https://www.tomshardware.com/news/intel-neuromorphic-loihi-ai-nuerons,39903.html
https://www.pcmag.com/news/369532/intels-latest-chip-mimics-the-way-your-brain-works
