在DARPA 2019 年電子復(fù)興計(jì)劃峰會(huì)上，英特爾發(fā)布了“ Pohoiki Beach ”神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由64 顆 Loihi 神經(jīng)擬態(tài)芯片構(gòu)成，集成了 1320 億個(gè)晶體管，總面積 3840 平方毫米，可處理深度學(xué)習(xí)任務(wù)，速度比CPU快1000倍，效率高10000倍，耗電量小100倍。

該系統(tǒng)致力于提升速度和效率，可以帶來(lái)數(shù)千萬(wàn)倍量級(jí)的增長(zhǎng)，主要應(yīng)用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)、智能家居及網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域。

將 800 萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元塞進(jìn)電腦系統(tǒng)

Pohoiki Beach系統(tǒng)由64塊Loihi芯片的800萬(wàn)個(gè)所謂的神經(jīng)元構(gòu)成。

早在2017年9月，英特爾的首款神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算（類(lèi)腦）芯片Loihi就被曝光，是一款模仿人類(lèi)大腦的神經(jīng)擬態(tài)芯片。所謂神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)數(shù)字電路來(lái)模擬人類(lèi)大腦，而 Loihi 是一款具有自主學(xué)習(xí)能力的 AI 芯片。

Loihi的名字其實(shí)取自于夏威夷海底的一座不斷噴發(fā)的活火山，每一次噴發(fā)都會(huì)擴(kuò)大夏威夷島的范圍，英特爾將芯片取名Loihi就是希望其能夠通過(guò)不斷的自我學(xué)習(xí)，可以提供更加強(qiáng)大的人工智能的能力。

英特爾的Loihi芯片采用了一種新穎的方式通過(guò)異步脈沖來(lái)計(jì)算，同時(shí)整合了計(jì)算和存儲(chǔ)，模仿了大腦根據(jù)環(huán)境的各種反饋來(lái)學(xué)習(xí)如何操作的運(yùn)作方式，可以利用數(shù)據(jù)來(lái)學(xué)習(xí)并做出推斷，隨著時(shí)間的推移也會(huì)變得更加的智能，并且不需要以傳統(tǒng)方式來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練。

目前 Loihi 芯片已經(jīng)發(fā)展到第五代，每一個(gè) Loihi 芯片采用 14nm 工藝制造，集成 21 億個(gè)晶體管、13 萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元和 1.3 億個(gè)突觸，跟傳統(tǒng)的處理器相比，Loihi 的速度提高了 1000 倍，運(yùn)算效率能提升 10000 倍。

Loihi芯片被安裝在Pohoiki Beach系統(tǒng)的“Nahuku”板上。每個(gè)Pohoiki Beach系統(tǒng)有多個(gè)Nahuku板，每個(gè)Nahuku板上有8到32塊Loihi芯片。該系統(tǒng)的Nahuku板可以與Intel的Arria 10 FPGA開(kāi)發(fā)人員工具包接合使用。

Loihi芯片在提升算力的同時(shí)還能降低功耗。“通過(guò)我們的實(shí)時(shí)深度學(xué)習(xí)基準(zhǔn)測(cè)試證明，英特爾Loihi芯片比傳統(tǒng)CPU功耗低109倍，比專(zhuān)用物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算硬件功耗低5倍。”《Applied Brain Research》雜志CEO兼滑鐵盧大學(xué)教授Chris Eliasmith說(shuō)，“更棒的是，當(dāng)我們將網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大到50倍時(shí)，Loihi保持了實(shí)時(shí)性能結(jié)果，只多消耗30%的電力，而專(zhuān)用物聯(lián)網(wǎng)硬件則多消耗500%的電力，且不再是實(shí)時(shí)的。”

真正的目標(biāo)是自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)

英特爾的研究人員已經(jīng)將由 Loihi 芯片組成的Pohoiki Beach系統(tǒng)用于模擬皮膚的觸覺(jué)和控制義肢等任務(wù)，而這套系統(tǒng)未來(lái)真正的目標(biāo)，是應(yīng)用在自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)等涉及深度學(xué)習(xí)的場(chǎng)景。

Pohoiki Beach系統(tǒng)擅長(zhǎng)神經(jīng)元類(lèi)任務(wù)，包括稀疏編碼、路徑規(guī)劃和同步定位、以及映射（SLAM）等。舉例來(lái)說(shuō)，Pohoiki Beach系統(tǒng)可以使某些假肢更具有適應(yīng)性，能夠使追蹤運(yùn)動(dòng)物體的攝像機(jī)更有能動(dòng)力，還可以為一個(gè)icub機(jī)器人的電子皮膚提供觸覺(jué)輸入，以及可以實(shí)現(xiàn)桌面足球的自動(dòng)化操作等等。

目前，Pohoiki系統(tǒng)已被多家機(jī)構(gòu)在不同領(lǐng)域中完成測(cè)試。據(jù)稱(chēng)，Pohoiki系統(tǒng)在應(yīng)用中絲毫不遜于GPU/CPU，但耗電量要低得多。這個(gè)特性對(duì)于“自動(dòng)駕駛汽車(chē)”等應(yīng)用來(lái)說(shuō)尤為重要。

“我們對(duì)Loihi芯片驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了基準(zhǔn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)它和流行的CPU驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)映射機(jī)器人準(zhǔn)確度相近，在即時(shí)定位和地圖構(gòu)建上水平差不多。但是，Loihi-run網(wǎng)絡(luò)的耗電量要比后者小100倍！”羅格斯大學(xué)的Konstantinos Michmizos教授介紹。

計(jì)劃在今年年底突破 1 億個(gè)神經(jīng)元

在完成 800 萬(wàn)個(gè)數(shù)字神經(jīng)元的 Pohoiki Beach 系統(tǒng)之后，英特爾計(jì)劃在今年年底能夠突破 1 億個(gè)神經(jīng)元，這將接近一個(gè)小型哺乳動(dòng)物大腦的水平。

不過(guò)這距離人腦由約 860 億個(gè)神經(jīng)元組成，還有很遠(yuǎn)的距離。但這在摩爾定律逐漸失效的芯片領(lǐng)域，已經(jīng)是十分大的突破。

在未來(lái)的生活中，越來(lái)越逼近人腦的神經(jīng)擬態(tài)芯片所帶來(lái)的改變，或許將不亞于 5G 和人工智能。