為了研究神經(jīng)擬態(tài)芯片英特爾用上了小鴨子、玩具象和娃娃

創(chuàng)新早已融入英特爾的基因與血脈，面向數(shù)據(jù)洪流驅(qū)動(dòng)下的全新未來，英特爾繼續(xù)引領(lǐng)計(jì)算創(chuàng)新，釋放數(shù)據(jù)的價(jià)值。在這個(gè)過程中，英特爾每一位員工匯聚成的創(chuàng)新洪流，起著關(guān)鍵作用。我們將通過“英特爾創(chuàng)新者”系列，講述個(gè)體的創(chuàng)新故事。

英特爾神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算項(xiàng)目主管Mike Davies手持科學(xué)家羅莎林·富蘭克林造型的搖頭娃娃，英特爾的自主學(xué)習(xí)神經(jīng)擬態(tài)芯片Loihi能夠快速地學(xué)會(huì)識(shí)別它。（照片來源：Tim Herman/英特爾公司）

登山、漂流、潛水、馬拉松長跑……Mike Davies是個(gè)不折不扣的戶外愛好者。在不斷突破身體極限的同時(shí)，他也在突破科技的極限，這來自他的另一個(gè)身份——英特爾神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算專家。

什么是神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算？“我們?cè)噲D觀察、學(xué)習(xí)和理解大腦的運(yùn)行，并在計(jì)算機(jī)芯片上進(jìn)行復(fù)制”，Mike這樣解釋自己的工作。

在加州理工學(xué)院獲得電氣工程碩士學(xué)位后，Mike就職于Fulcrum Microsystems，從事以太網(wǎng)交換機(jī)的研發(fā)。

近10年的工作讓Mike收獲頗豐，然而在獲得五項(xiàng)專利、研發(fā)五代交換機(jī)后，Mike感覺工作變得越來越?jīng)]有挑戰(zhàn)。

全新的轉(zhuǎn)折在這時(shí)發(fā)生。2011年，F(xiàn)ulcrum Microsystems因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)交換機(jī)芯片異步設(shè)計(jì)研究的商業(yè)化而被英特爾收購，Mike因此加入英特爾，“事實(shí)證明，異步設(shè)計(jì)真的非常適合神經(jīng)擬態(tài)芯片”。英特爾研究院立即讓Mike和團(tuán)隊(duì)開始相關(guān)工作。

實(shí)現(xiàn)更高效的人工智能

2017年 9月，英特爾宣布了代號(hào)為Loihi的第一款自主學(xué)習(xí)神經(jīng)擬態(tài)芯片，共有13萬個(gè)神經(jīng)元和1.3億個(gè)觸突，包括模仿大腦基本機(jī)制的數(shù)字電路，從而讓機(jī)器學(xué)習(xí)變得更快、更高效，同時(shí)對(duì)計(jì)算力的需求更小。

Mike展示了一個(gè)有趣的神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算實(shí)驗(yàn)，他使用Loihi模擬大腦如何根據(jù)環(huán)境反饋進(jìn)行學(xué)習(xí)。

首先，研究員在Loihi上運(yùn)行了用來進(jìn)行圖像識(shí)別的簡單神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。就像幼兒在父母懷中，探索未知物體的過程一樣，研究員先要讓Loihi用“眼睛”看到物體，再輸入物體的名稱，這樣Loihi就能快速、準(zhǔn)確地辨別物體。

研究員把羅莎林·富蘭克林（著名科學(xué)家）造型的搖頭娃娃作為訓(xùn)練工具，將其360度旋轉(zhuǎn)，讓Loihi能夠從每一個(gè)角度記住羅莎林。訓(xùn)練了一次后，Loihi便能在4秒鐘內(nèi)從少量圖片中區(qū)分一個(gè)橡膠鴨子、一個(gè)玩具大象和搖頭娃娃。盡管研究院只給出了羅莎林的一個(gè)背影，Loihi還是能夠快速辨別出來。雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)只使用了Loihi不到1%的芯片資源，但它表明了架構(gòu)的有效性。

“這個(gè)令人興奮的小例子，說明了神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算如何實(shí)現(xiàn)更高效的人工智能”，Mike表示。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Loihi芯片總體可以發(fā)揮100%的功能，有充足的運(yùn)行空間。與訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)的通用計(jì)算芯片相比，Loihi芯片的效能可以提升1000倍。

推動(dòng)神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算的應(yīng)用

神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算堪稱推動(dòng)人工智能發(fā)展的重要手段。未來，我們將如何體驗(yàn)到？

Mike預(yù)測(cè)，機(jī)器人將是神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算的殺手級(jí)應(yīng)用。在智能家庭的應(yīng)用中，想要入室搶劫的小偷，在進(jìn)入房間時(shí)就可能被智能監(jiān)控?cái)z像頭中的Loihi所識(shí)別，并發(fā)出警報(bào)；在汽車應(yīng)用中，Loihi還可能扮演“交警”的角色，緩解交通壓力，或是識(shí)別汽車、自行車的運(yùn)動(dòng)；在工業(yè)領(lǐng)域，Loihi也許會(huì)化身為一絲不茍的“監(jiān)工”，監(jiān)測(cè)小到滾珠軸承、大到修建路橋的一切工業(yè)應(yīng)用。

“神經(jīng)擬態(tài)芯片將幫助人們減少一些繁重而耗時(shí)的工作”，Mike說。

今年上半年，英特爾計(jì)劃與頂級(jí)院校和研究機(jī)構(gòu)共享Loihi測(cè)試芯片，同時(shí)將其應(yīng)用于解決更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)集和問題。英特爾已經(jīng)向特定研究合作伙伴提供了首批開發(fā)系統(tǒng)，他們正在進(jìn)行感知、馬達(dá)控制、信息處理等多種應(yīng)用的研究。

英特爾也宣布成立神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)（INRC），這是一個(gè)涵蓋學(xué)術(shù)、政府和行業(yè)研究團(tuán)體的合作伙伴網(wǎng)絡(luò)，通過與全球領(lǐng)先科研機(jī)構(gòu)合作，Loihi將在未來幾年從研究原型變成行業(yè)領(lǐng)先產(chǎn)品，解鎖未來人工智能的性能和能效，推動(dòng)人工智能加速發(fā)展。