近日,英特尔在线上举办 2020 年英特尔研究院开放日,英特尔首席架构师 Raja Koduri 表示,英特尔的目标是让每个人都能获得百亿亿次级计算。基于这样的目标,英特尔公布了五大领域的技术发展,包括集成光电、神经拟态计算、量子计算、保密计算、机器编程,其中神经拟态计算经过 5 年时间发展,目前已经取得巨大进步,未来将会满足多种商业场景应用。

 

随着数字化进程的加深,当前数字世界的底层计算平台正在发生深度变革,更先进的计算能力成为各大科技巨头竞争角逐的核心。人工智能正在越来越多的领域落地,大量的数据支撑起人工智能应用,而随着人工智能计算任务变得越来越复杂,受限于当前主流计算架构的局限性,开发人员需要提出新的颠覆性方法。

 

 

在英特尔看来,神经拟态计算带来了一种全新的计算方式,以类似大脑的结构来提供超大规模的计算性能,实现 1000 倍的算力提升。

 

生物大脑的神经网络是通过脉冲来传递信息的,根据这些脉冲的时间可以调节突触强度或突触连接的权重,并把这些变化存储在突触连接处。正是由于脑内神经网络及其环境中多个区域之间的协作和竞争性的相互作用,我们才会产生智能的行为,神经拟态计算的灵感也来自于此。

 

INRC 社区成立于 2018 年 3 月,现已拥有 100 多名成员,其初衷是联合行业共同、有效释放神经拟态计算的全部潜力。未来几年内将其从研究原型发展为能够引领产业的产品。

 

此前在 2017 年 9 月,作为 Intel 研究院的一个研究课题,Intel 发布了代号“Loihi”的第一款自主学习神经拟态芯片,包含 128 个小核心,而每个小核心有 1000 个神经元硬件,模拟多个“逻辑神经元”,相比 AI 训练的通用芯片能效提升 1000 倍。


2019 年 7 月,Intel 发布了代号为“Pohoiki Beach”的神经拟态系统,包含 64 块 Loihi 研究芯片,拥有 800 万个神经元。

 

2020 年 3 月,Intel 展示了 Loihi 在存在明显噪声和遮盖的情况下学习和识别危险化学品的能力,仅需单一样本便可学会识别每一种气味。

 

同时,Intel 宣布了代号“Pohoiki Springs”的数据中心机架式系统,在 5 台标准服务器大小的机箱中集成了 768 块 Loihi 芯片,拥有 1 亿个神经元,大约一个小型哺乳动物大脑的水平。

 

这一次,Intel 日重点介绍的 Loihi 神经拟态研究基准更新包括:

 

- 语音命令识别

埃森哲测试了在 Intel Loihi 和标准 GPU 上识别语音命令的能力,发现 Loihi 不仅达到了和 GPU 类似的精度,而且能效提高 1000 倍以上,响应速度快 200 毫秒。

 

梅塞德斯 - 奔驰正在探索如何将这些结果应用到现实中,比如在汽车中加入新的语音交互命令。

 

- 手势识别

埃森哲展示了 Loihi 在快速学习、识别个性化手势方面取得的切实进展。只需几次曝光,Loihi 即可学习新手势,可用于智能产品交互,或者公共场所非接触式显示。

 

- 图像检索

零售行业的研究人员评估了 Loihi 对基于图像的产品搜索应用,发现在保持相同精度水平的情况下,Loihi 生成图像特征向量的效率,比传统 CPU、GPU 方案提升 3 倍多。

 

Intel 此前研究发现,Loihi 在百万幅图像数据库中搜索特征向量的速度比 CPU 快 24 倍,且能耗低 30 倍。

 

- 优化和搜索

Intel 发现,Loihi 解决优化和搜索问题的效率比传统 CPU 高 1000 倍、速度快 100 倍。此研究可用于无人机实时规划并做出复杂导航决策,也可以扩展到复杂的数据中心负载,完成协助列车调度、物流优化等任务。

 

- 机器人技术

罗格斯大学和代尔夫特理工大学的研究人员展示了在 Loihi 上运行机器人导航、微型无人机控制应用。

 

代尔夫特理工大学的无人机使用一个包含 35 个神经元且能演进的脉冲网络进行光流着陆(optic flow landing),频率超过 250KHz。

 

罗格斯大学发现,在同等性能下,Loihi 解决方案的功耗比传统移动 GPU 低 75 倍。

 

Loihi 还可以成功学习诸多 OpenAI Gym 的任务,精度与深度行动者网络(Deep Actor Networ)旗鼓相当,而能耗比移动 GPU 解决方案低 140 倍。

 

Intel 还展示了 Loihi 如何自适应地控制水平跟踪无人机平台,实现最高 20KHz 的闭环速度、200 微秒的视觉处理延迟,比传统方案提高 1000 倍。

 

顺便一提,“Loihi”这个名字取自于夏威夷海底一座不断喷发的活火山,每一次喷发都会扩大夏威夷岛的范围。Intel 以此命名神经拟态芯片,就是希望它能通过不断的自我学习,可以提供更加强大的人工智能的能力。

 

 

为了推动神经拟态计算的发展,英特尔还创立了神经拟态研究社区(INRC)。该社区成立于 2018 年,两年时间内迅速发展,现已拥有 100 多名成员。联想、罗技、梅赛德斯 - 奔驰和机器视觉传感器公司 Prophesee 加入 INRC,将进一步加速神经拟态技术的产业应用落地。

 

英特尔表示,将会持续对神经拟态计算生态体系进行投入,并与成员合作以提供技术支持,探索神经拟态计算在商业场景中的应用。此外,英特尔还将继续从英特尔神经拟态研究社区汲取经验,并将其运用于公司即将发布的下一代神经拟态研究芯片的研发中。