天網越來越近!Intel造了個1億神經元的“大腦”

Intel在神經擬態前沿研究上不斷取得重大突破。

現在,

Intel又宣佈,迄今規模最大、性能最強的最新神經擬態研究系統“Pohoiki Springs”已準備就緒,可提供1億個神經元的計算能力,這套基於雲的系統可解決更大規模、更復雜的問題。

1億個神經元是什麼概念?一隻瓢蟲的大腦約有25-50萬個神經元,蟑螂大腦約有100萬個,斑馬魚大腦約有1000萬個,1億個神經元則相當於一個小型哺乳動物大腦的規模。

Pohoiki Springs是一個數據中心機架式系統,在一個5臺標準服務器大小的機箱中,集成了多達768塊Loihi神經擬態研究芯片,規模比以往擴展了750倍以上,同時功耗不到500瓦。

Intel Loihi處理器的設計思路來源於人腦,能用比傳統處理器快1000倍的速度、高10000倍的效率,處理特定要求的工作負載。

Pohoiki Springs則是擴展Loihi架構的下一步,可用於評估解決AI問題以及一系列計算難題的潛力,與當今最先進的傳統計算機相比,擁有超級並行性和異步信號傳輸能力,可以在明顯降低功耗的同時顯著提升性能。

Intel強調,這是在向支持更大、更復雜的神經擬態工作負載的道路上邁出的重要一步

,為需要實時、動態的數據處理新方法的自主、互聯的未來奠定了基礎。

不過,Pohoiki Springs等神經擬態系統仍處於研究階段,其設計目的也並非取代傳統的計算系統,而是為研究人員提供一個工具,開發和表徵新的神經啟發算法,用於實時處理、問題解決、適應和學習。

在自然界中,即使是一些最小的生物也能解決極為困難的計算問題,比如很多昆蟲大腦的神經元數目遠低於100萬個,但它們卻能實時視覺跟蹤物體、導航和躲避障礙物。

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同樣,Intel最小的神經擬態系統Kapoho Bay由兩個具有262000個神經元的Loihi芯片組成,支持各種實時邊緣工作負載,而且多才多藝:實時識別手勢、使用新型人造皮膚閱讀盲文、使用習得的視覺地標確定方向、學習新的氣味模式。

更驚人的是,所有這些功能都只需要消耗數十毫瓦的電能。

迄今為止,這些小規模示例都顯示了出極好的可擴展性,而在運行更大規模的問題時,Loihi比傳統解決方案更加快速高效,這模仿了自然界中從昆蟲大腦到人類大腦的可擴展性。

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而就在日前,Intel研究院與美國康奈爾大學的研究人員在《自然-機器智能》(Nature Machine Intelligence)雜誌上聯合發表了一篇論文,展示了在存在明顯噪聲和遮蓋的情況下,Intel神經擬態研究芯片“Loihi”學習和識別危險化學品的能力。

據介紹,Loihi只需要單一樣本,就可以學會識別每一種氣味,而且不會破壞它對先前所學氣味的記憶,展現出了極其出色的識別準確率。

如果使用傳統方法,即便最出色的深度學習方案,要達到與Loihi相同的氣味分類準確率,學習每一種氣味都需要3000倍以上的訓練樣本。

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Intel研究院神經擬態計算小組高級研究科學家、擁有神經擬態計算博士學位的Nabil Imam介紹說,康奈爾大學負責研究動物的生物嗅覺系統,並測量動物聞到氣味時的腦電波活動,然後Intel根據這些電路圖與電脈衝,導出一套算法,並將其配置在神經擬態芯片上。

Imam帶領團隊採用了一個由72個化學傳感器活動組成的數據集,可對一個風洞實驗中循環的10種氣體物質(氣味)作出反應。傳感器對各種氣味的反應被傳送至Loihi,由其芯片電路對嗅覺背後的大腦電路進行模擬。

在研究人員的指導下,Loihi已經迅速掌握了10種不同氣味的神經表徵,其中包括丙酮、氨和甲烷,而且即使有強烈的環境干擾也能準確識別。

而傳統煙霧和一氧化碳探測器能使用傳感器來探測氣味,雖然能探測到空氣中的有害分子併發出警報,但無法對各種氣味進行區分。

英特爾神經擬態計算實驗室高級研究科學家Nabil Imam表示:“我們正在Loihi上開發神經算法,來模擬人類嗅到氣味時的大腦運行機制。這項工作堪稱神經科學與人工智能技術交叉領域的當代研究典範

,並且證實Loihi有望提供重要的感知能力,並惠及各行各業。”

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Nabil Imam在位於美國加州聖克拉拉的神經擬態計算實驗室中手持一塊Loihi神經擬態測試芯片

Intel Loihi神經擬態芯片誕生於2017年9月,脫離傳統硅芯片的馮諾依曼計算模型,而是模仿人腦原理的神經擬態計算方式,並且是異步電路,不需要全局時鐘信號,而是

使用異步脈衝神經網絡(SNN),在特定應用中要比傳統CPU速度快最多1000倍,能效高最多10000倍。

Intel Loihi芯片採用14nm工藝製造,集成21億個晶體管,核心面積60平方毫米,內部集成3個Quark x86 CPU核心、128個神經擬態計算核心、13萬個神經元、1.3億個突觸,並有包括Python API在內的編程工具鏈支持。

Intel宣稱,在稀疏編碼、圖式搜索、路徑規劃、同時定位和建圖(SLAM)、約束滿足問題等特定應用中,Loihi要比傳統CPU速度快最多1000倍,能效高最多10000倍。

2019年7月,Intel又宣佈了代號“Pohoiki Beach”的全新神經擬態系統,包含多達64顆Loihi芯片,集成了1320億個晶體管,總面積3840平方毫米,擁有800萬個神經元、80億個突觸。

從理論上講,Loihi可以擴展到最多16384顆芯片互連,那就是超過20億個神經元——人類大腦有大約860億個神經元。

只不過,Intel不打算真的這麼做。

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