英特爾將神經(jīng)擬態(tài)研究系統(tǒng)擴(kuò)展至1億個(gè)神經(jīng)元

近日，英特爾宣布其最強(qiáng)大的最新神經(jīng)擬態(tài)研究系統(tǒng)Pohoiki Springs已準(zhǔn)備就緒，將提供1億個(gè)神經(jīng)元的計(jì)算能力。英特爾將向英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)（INRC）的成員提供這一基于云的系統(tǒng)，以擴(kuò)展其神經(jīng)擬態(tài)工作來(lái)解決更大規(guī)模且更復(fù)雜的問(wèn)題。

英特爾神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室主任Mike Davies介紹稱：“Pohoiki Springs將我們的Loihi神經(jīng)擬態(tài)研究芯片擴(kuò)展了750倍以上，同時(shí)以低于500瓦的功率運(yùn)行。當(dāng)前，一些工作負(fù)載在傳統(tǒng)架構(gòu)（包括高性能計(jì)算[HPC]系統(tǒng)）上運(yùn)行緩慢。而Pohoiki Springs系統(tǒng)則讓我們的研究合作伙伴能夠探索加速處理這些工作負(fù)載的方法?！?/p>

Pohoiki Springs是一個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)架式系統(tǒng)，是英特爾迄今為止開發(fā)的最大規(guī)模的神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算系統(tǒng)。它將768塊Loihi神經(jīng)擬態(tài)研究芯片集成在5臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器大小的機(jī)箱中。

Loihi處理器的設(shè)計(jì)思路來(lái)源于人腦。與大腦一樣，Loihi能用比傳統(tǒng)處理器快1,000倍的速度和高10,000倍的效率處理特定要求的工作負(fù)載。Pohoiki Springs是擴(kuò)展Loihi架構(gòu)的下一步，可用于評(píng)估其解決AI問(wèn)題以及一系列計(jì)算難題的潛力。英特爾研究人員認(rèn)為，與當(dāng)今最先進(jìn)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng)擁有超級(jí)并行性和異步信號(hào)傳輸能力，可以在明顯降低功耗的同時(shí)顯著提升性能。

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(jì)算問(wèn)題。例如，盡管很多昆蟲大腦的神經(jīng)元數(shù)目遠(yuǎn)低于100萬(wàn)個(gè)，但它們卻能實(shí)時(shí)視覺跟蹤物體、導(dǎo)航和躲避障礙物。同樣，英特爾最小的神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng)Kapoho Bay由兩個(gè)具有262,000個(gè)神經(jīng)元的Loihi芯片組成，支持各種實(shí)時(shí)邊緣工作負(fù)載。英特爾和INRC研究人員展示了Loihi的各種能力，包括實(shí)時(shí)識(shí)別手勢(shì)、使用新型人造皮膚閱讀盲文、使用習(xí)得的視覺地標(biāo)確定方向，以及學(xué)習(xí)新的氣味模式。所有這些功能都只需要消耗數(shù)十毫瓦的電能。到目前為止，這些小規(guī)模示例顯示出極好的可擴(kuò)展性，當(dāng)運(yùn)行更大規(guī)模的問(wèn)題時(shí)，Loihi比傳統(tǒng)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(kuò)展性。

Pohoiki Springs擁有1億個(gè)神經(jīng)元，它將Loihi的神經(jīng)容量增加到一個(gè)小型哺乳動(dòng)物大腦的大小，這是在向支持更大、更復(fù)雜的神經(jīng)擬態(tài)工作負(fù)載的道路上邁出的重要一步。該系統(tǒng)為需要實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)處理新方法的自主、互聯(lián)的未來(lái)奠定了基礎(chǔ)。

英特爾的Pohoiki Springs等神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng)仍處于研究階段，其設(shè)計(jì)目的并非取代傳統(tǒng)的計(jì)算系統(tǒng)，而是為研究人員提供一個(gè)工具來(lái)開發(fā)和表征新的神經(jīng)啟發(fā)算法，用于實(shí)時(shí)處理、問(wèn)題解決、適應(yīng)和學(xué)習(xí)。INRC成員將使用英特爾Nx SDK和社區(qū)貢獻(xiàn)的軟件組件，通過(guò)云訪問(wèn)在Pohoiki Springs上構(gòu)建應(yīng)用程序。

目前正為L(zhǎng)oihi開發(fā)的前景極佳且高度可擴(kuò)展算法示例包括：

·   約束滿足：約束滿足問(wèn)題在現(xiàn)實(shí)世界中無(wú)處不在，從數(shù)獨(dú)游戲到航班調(diào)度，再到快遞配送規(guī)劃。這需要對(duì)大量潛在的解決方案進(jìn)行評(píng)估，以找出一個(gè)或幾個(gè)能夠滿足特定約束的解決方案。Loihi可以通過(guò)高速并行探索多個(gè)不同的解決方案來(lái)加速解決此類問(wèn)題。

·   搜索圖和模式：每天，人們都會(huì)在基于圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行搜索，以找到最佳路徑和緊密匹配的模式，例如獲取駕駛方向或識(shí)別人臉。Loihi已展示出快速識(shí)別圖中的最短路徑和執(zhí)行近似圖像搜索的能力。

·   優(yōu)化問(wèn)題：可對(duì)神經(jīng)擬態(tài)架構(gòu)進(jìn)行編程，使其動(dòng)態(tài)行為能夠隨時(shí)間的推移對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行數(shù)學(xué)優(yōu)化。此行為可應(yīng)用于解決現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景下的優(yōu)化問(wèn)題，例如最大化無(wú)線通信信道的帶寬，或分配股票投資組合，以在目標(biāo)收益率下最小化風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)于神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算：傳統(tǒng)的CPU和GPU等通用處理器特別擅長(zhǎng)人類難以完成的任務(wù)，如高精度的數(shù)學(xué)計(jì)算。但隨著技術(shù)的作用和應(yīng)用范圍都在不斷擴(kuò)大，從自動(dòng)化到人工智能，以及其他更多領(lǐng)域，越來(lái)越要求計(jì)算機(jī)的操作模式趨向于人類，以便實(shí)時(shí)處理非結(jié)構(gòu)化和有噪聲的數(shù)據(jù)，并不斷地適應(yīng)變化。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，新的專用架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。

神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算是對(duì)計(jì)算機(jī)架構(gòu)自下而上的徹底顛覆。其目標(biāo)是應(yīng)用神經(jīng)科學(xué)的最新見解，來(lái)創(chuàng)造作用方式更類似于人腦的芯片而非傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的芯片。神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng)在硬件層面上復(fù)制了神經(jīng)元組織、通信和學(xué)習(xí)方式。英特爾認(rèn)為L(zhǎng)oihi和未來(lái)的神經(jīng)擬態(tài)處理器將定義一種新的可編程計(jì)算模式，可滿足世界對(duì)普及型智能設(shè)備日益增長(zhǎng)的需求。

數(shù)據(jù)中心機(jī)架式系統(tǒng)Pohoiki Springs

（圖片來(lái)源：Tim Herman/英特爾公司）