英特爾發(fā)布Pohoiki Beach神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng),比傳統(tǒng)CPU快1000倍

在DARPA 2019 年電子復(fù)興計劃峰會上，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，可以帶來數(shù)千萬倍量級的增長，主要應(yīng)用于自動駕駛汽車、智能家居及網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域。

將 800 萬個神經(jīng)元塞進(jìn)電腦系統(tǒng)

Pohoiki Beach系統(tǒng)由64塊Loihi芯片的800萬個所謂的神經(jīng)元構(gòu)成。

早在2017年9月，英特爾的首款神經(jīng)擬態(tài)計算（類腦）芯片Loihi就被曝光，是一款模仿人類大腦的神經(jīng)擬態(tài)芯片。所謂神經(jīng)擬態(tài)計算，簡單來說就是通過數(shù)字電路來模擬人類大腦，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異步脈沖來計算，同時整合了計算和存儲，模仿了大腦根據(jù)環(huán)境的各種反饋來學(xué)習(xí)如何操作的運作方式，可以利用數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)并做出推斷，隨著時間的推移也會變得更加的智能，并且不需要以傳統(tǒng)方式來進(jìn)行訓(xùn)練。

目前 Loihi 芯片已經(jīng)發(fā)展到第五代，每一個 Loihi 芯片采用 14nm 工藝制造，集成 21 億個晶體管、13 萬個神經(jīng)元和 1.3 億個突觸，跟傳統(tǒng)的處理器相比，Loihi 的速度提高了 1000 倍，運算效率能提升 10000 倍。

Loihi芯片被安裝在Pohoiki Beach系統(tǒng)的“Nahuku”板上。每個Pohoiki Beach系統(tǒng)有多個Nahuku板，每個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開發(fā)人員工具包接合使用。

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

真正的目標(biāo)是自動駕駛、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和控制義肢等任務(wù)，而這套系統(tǒng)未來真正的目標(biāo)，是應(yīng)用在自動駕駛、物聯(lián)網(wǎng)等涉及深度學(xué)習(xí)的場景。

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

目前，Pohoiki系統(tǒng)已被多家機(jī)構(gòu)在不同領(lǐng)域中完成測試。據(jù)稱，Pohoiki系統(tǒng)在應(yīng)用中絲毫不遜于GPU/CPU，但耗電量要低得多。這個特性對于“自動駕駛汽車”等應(yīng)用來說尤為重要。

“我們對Loihi芯片驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了基準(zhǔn)測試，發(fā)現(xiàn)它和流行的CPU驅(qū)動的移動映射機(jī)器人準(zhǔn)確度相近，在即時定位和地圖構(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。

計劃在今年年底突破 1 億個神經(jīng)元

在完成 800 萬個數(shù)字神經(jīng)元的 Pohoiki Beach 系統(tǒng)之后，英特爾計劃在今年年底能夠突破 1 億個神經(jīng)元，這將接近一個小型哺乳動物大腦的水平。

不過這距離人腦由約 860 億個神經(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。

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