今天，英特爾發(fā)布了第二代神經(jīng)擬態(tài)芯片 Loihi 2。

　　神經(jīng)擬態(tài)芯片是一種模擬生物神經(jīng)元的芯片。

　　與普通芯片不同的是，神經(jīng)擬態(tài)芯片的計算任務(wù)是由許多小單元進(jìn)行的，單元之間通過類似生物神經(jīng)的尖峰信號相互通信，并通過尖峰調(diào)整其行為。

　　目前，英特爾已經(jīng)將這種芯片用于機(jī)械臂、神經(jīng)擬態(tài)皮膚、機(jī)器嗅覺等場景。

　　2018 年初，英特爾推出了其首款神經(jīng)擬態(tài)芯片 Loihi，采用 14nm 制程。

　　英特爾表示，Loihi 2 是對第一代的重大升級，也是使用英特爾第一個 EUV 工藝節(jié)點 Intel 4 制造的芯片，意為等效于 4nm，實際為 7nm 工藝。

　　由于使用了全新工藝，Loihi 2 相比前代面積縮小了一半，但仍然包含 100 萬個神經(jīng)元，數(shù)量是前代的 8 倍，處理速度是前代的 10 倍。

　　Loihi 2 共有 128 個神經(jīng)擬態(tài)核心，這 128 個內(nèi)核每一個都有 192KB 的靈活內(nèi)存，每個神經(jīng)元可以根據(jù)模型分配多達(dá) 4096 個狀態(tài)，而之前的限制只有 24 個。

　　與普通的 CPU 和 GPU 不同，神經(jīng)擬態(tài)沒有外部內(nèi)存。每個神經(jīng)元都有一小部分內(nèi)存供其專用。主要作用是分配給不同神經(jīng)元輸入的權(quán)重、最近活動的緩存以及峰值發(fā)送到的所有其他神經(jīng)元的列表。

　　Loihi 2 可以根據(jù)用途選擇各種不同連接選項，這一點上有些類似于 FPGA。

　　除了硬件產(chǎn)品外，英特爾還發(fā)布了用于 Loihi 芯片的軟件，一個名為 Lava 的新開發(fā)框架。

　　該框架以及相關(guān)庫都用 Python 編寫，并在 GitHub 上開源，開發(fā)人員無需訪問硬件即可為 Loihi 開發(fā)程序。

　　與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有何不同

　　生物神經(jīng)元包含樹突和軸突。

　　Loihi 芯片上執(zhí)行單元的一部分充當(dāng)“樹突”，根據(jù)過去行為的權(quán)重處理來自通信網(wǎng)絡(luò)的傳入信號。

　　然后它使用數(shù)學(xué)公式來確定活動何時越過臨界閾值，并在超過臨界閾值時觸發(fā)其自身的尖峰信號。之后執(zhí)行單元的“軸突”查找與哪些其他執(zhí)行單元通信，并向每個執(zhí)行單元發(fā)送尖峰信號。

　　為何要研究這種類型芯片?神經(jīng)擬態(tài)計算的倡導(dǎo)者認(rèn)為，這種方法更接近地模擬大腦功能的實際特征，例如大腦傳輸信號超高的能效比。

　　而研究深度學(xué)習(xí)學(xué)者，批評神經(jīng)形態(tài)方法沒有取得實際成果，像 ResNet 等深神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在計算機(jī)視覺上取得了巨大的成功。

　　Yann LeCun 曾在 2019 年的一次會議上駁斥了神經(jīng)擬態(tài)計算方法。

　　雖然神經(jīng)擬態(tài)計算的研究熱度遠(yuǎn)不及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，但神經(jīng)擬態(tài)芯片的優(yōu)點在于其能效遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)處理器。

　　IBM 于 2014 年推出了 TrueNorth 芯片，盡管其運行頻率只有幾 kHz，但它所模擬大腦尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的計算資源，只是傳統(tǒng)處理器的 0.0001%。

　　英特爾神經(jīng)形態(tài)計算實驗室主任 Mike Davies 表示，Loihi 在某些特定工作負(fù)載上，可以比傳統(tǒng)處理器效率高出 2000 倍。

　　此外，神經(jīng)擬態(tài)計算還能實現(xiàn)動態(tài)學(xué)習(xí)行為。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常善于識別訓(xùn)練過的事物，但不夠靈活，無法識別他們沒有訓(xùn)練的東西。Davies 曾展示了神經(jīng)擬態(tài)計算根據(jù)視頻輸入學(xué)會識別新的手勢，同時不損壞之前訓(xùn)練的能力。

　　Davies 認(rèn)為，神經(jīng)擬態(tài)芯片在機(jī)器人學(xué)中有很多潛在的應(yīng)用。當(dāng)移動機(jī)器人發(fā)現(xiàn)自己面臨新環(huán)境時，它們必須足夠靈活，以識別和適應(yīng)新環(huán)境。

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