全新的計(jì)算架構(gòu)：神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算

第十五屆“開(kāi)源中國(guó)開(kāi)源世界”高峰論壇如期舉行。英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)在此次論壇上發(fā)表了題為《神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算，探索智能互聯(lián)時(shí)代的計(jì)算創(chuàng)新》主題演講。演講內(nèi)容涵蓋信息世界數(shù)據(jù)的三大變化而產(chǎn)生的對(duì)計(jì)算創(chuàng)新的需求，以及英特爾在計(jì)算創(chuàng)新上所做出的努力和進(jìn)展。宋繼強(qiáng)在此次演講中也表示，希望通過(guò)開(kāi)源的技術(shù)和平臺(tái)，讓新的技術(shù)可以造福全人類。

據(jù)宋繼強(qiáng)介紹，因?yàn)闊o(wú)線通訊技術(shù)和人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，目前人類所處的信息世界的數(shù)據(jù)正在呈現(xiàn)三大變化。首先是數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)的爆發(fā)。除了我們熟知的人為輸入和設(shè)備在不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)之外，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能模型也在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。另外，數(shù)據(jù)的形態(tài)也日趨多樣化，有更多非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)產(chǎn)生。最后，很多來(lái)自于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的數(shù)據(jù)，需要在終端或邊緣被采集，同時(shí)要能夠?qū)崟r(shí)處理后再反饋到邊緣。這也是數(shù)據(jù)的第三個(gè)變化，即對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理的需求在快速增長(zhǎng)。

針對(duì)信息世界中數(shù)據(jù)的這三大變化，對(duì)計(jì)算創(chuàng)新的需求也呼之欲出。英特爾在計(jì)算創(chuàng)新領(lǐng)域耕耘多年，并提出了“超異構(gòu)”計(jì)算解決方案，通過(guò)先進(jìn)的異構(gòu)封裝技術(shù)將多種不同類型的架構(gòu)組合到一張芯片中，并提供面向異構(gòu)計(jì)算統(tǒng)一、可擴(kuò)展的編程模型oneAPI軟件解決方案。除此之外，英特爾也在繼續(xù)探索計(jì)算架構(gòu)的創(chuàng)新，神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算是一種全新的架構(gòu)，并且英特爾也已經(jīng)取得了矚目的成就。

超異構(gòu)計(jì)算創(chuàng)造卓越能效比

宋繼強(qiáng)在此次演講中指出，目前我們主流的計(jì)算架構(gòu)有四種，分別是標(biāo)量、矢量、矩陣和空間計(jì)算，異構(gòu)計(jì)算就是要把這些計(jì)算進(jìn)行整合，簡(jiǎn)稱為“XPU”。傳統(tǒng)的異構(gòu)計(jì)算主要采用SoC和分體式板卡的方式，但這兩種方式各有劣勢(shì)，而英特爾的“超異構(gòu)”計(jì)算可以把這兩種方式的優(yōu)勢(shì)集合，同時(shí)避免它們的不足。

“英特爾先進(jìn)的封裝技術(shù)，如EMIB、Foveros等，可以很好地將多種不同架構(gòu)的芯片整合到一個(gè)芯片里，”宋繼強(qiáng)表示?！斑@些技術(shù)可以避免在板級(jí)封裝中對(duì)空間和傳輸效率的犧牲，同時(shí)在小空間、低功耗的情況下，提高了計(jì)算性能和能效比?！?/p>

除此之外，在超異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域，英特爾推出“軟硬結(jié)合”戰(zhàn)略，推出了以開(kāi)發(fā)者為中心的oneAPI軟件解決方案，提供一個(gè)通用、開(kāi)放的編程體驗(yàn)，讓開(kāi)發(fā)者自由選擇架構(gòu)，無(wú)需在性能上做出妥協(xié)，也大大降低了使用不同的代碼庫(kù)、編程語(yǔ)言、編程工具和工作流程所帶來(lái)的復(fù)雜性，從而為企業(yè)節(jié)省成本。

宋繼強(qiáng)表示：“通過(guò)我們提供的統(tǒng)一API接口使得在不同硬件之間的遷移變得非常簡(jiǎn)便和高效。oneAPI是面向開(kāi)源的，也希望大家來(lái)參與這個(gè)領(lǐng)域的交流和合作?！?/p>

全新的計(jì)算架構(gòu)：神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算

除此之外，英特爾在計(jì)算架構(gòu)創(chuàng)新領(lǐng)域也在持續(xù)探索，這其中就包括采用全新的計(jì)算架構(gòu)的神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算。宋繼強(qiáng)認(rèn)為，目前理想的一種計(jì)算方式是能夠類似人腦，在低能耗的條件下完成多個(gè)不同種類的任務(wù)，同時(shí)又能夠支持?jǐn)U展，而神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算是一個(gè)可行之道。

英特爾在神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算領(lǐng)域已經(jīng)取得了矚目的進(jìn)展。神經(jīng)擬態(tài)芯片Loihi存儲(chǔ)和計(jì)算一體，把計(jì)算單元和所需要的存儲(chǔ)空間緊密整合，擁有非常多一樣的“小核”，每個(gè)“小核”中又擁有1000個(gè)神經(jīng)元，每一個(gè)神經(jīng)元又可以和另外1000個(gè)神經(jīng)元相互連接，這樣的架構(gòu)被稱為“同構(gòu)多核”，類似人腦中突觸的概念。

“Loihi這樣的一個(gè)小芯片已經(jīng)可以模擬人腦的13萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，并且可以產(chǎn)生1．3億個(gè)突觸，所以這已經(jīng)是一個(gè)高度復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淞?，”宋繼強(qiáng)說(shuō)到。

神經(jīng)擬態(tài)芯片也是真正的“綠色”芯片。據(jù)宋繼強(qiáng)介紹，Loihi不僅體積小，同時(shí)采用異步電路設(shè)計(jì)，只有工作的神經(jīng)元才會(huì)啟動(dòng)，其他的則處于休眠狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)非常高的能效比。

Loihi芯片靈活的架構(gòu)支持多種事件驅(qū)動(dòng)的自學(xué)習(xí)模式。除了深度學(xué)習(xí)中無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)模式和監(jiān)督學(xué)習(xí)模式，Loihi還支持自監(jiān)督學(xué)習(xí)，即關(guān)聯(lián)不同的事件產(chǎn)出它們的前后因果順序，并且進(jìn)行強(qiáng)化。除此之外，Loihi還支持強(qiáng)化學(xué)習(xí)，即利用觀察到的事件和決策之間反復(fù)迭代，從而得出“最優(yōu)解”，這種學(xué)習(xí)模式非常適用于自動(dòng)駕駛和機(jī)器人領(lǐng)域。

目前，英特爾最新的神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng)Pohoiki Springs擁有768個(gè)Loihi芯片，提供1億個(gè)神經(jīng)元，已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)小倉(cāng)鼠的大腦。

宋繼強(qiáng)在演講最后表示：“英特爾的宏旨是通過(guò)創(chuàng)造改變世界的技術(shù)，造福地球上每一個(gè)人。希望通過(guò)超異構(gòu)計(jì)算以及神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算，以及開(kāi)源的技術(shù)和平臺(tái)，能夠讓新技術(shù)快速覆蓋全球，產(chǎn)生造福人類的技術(shù)。”
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