采用Intel 4制程，Loihi 2神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算芯片神經(jīng)元最多達(dá)100萬個(gè)

神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算的商業(yè)化，需要三管齊下。

英特爾今天推出第二代神經(jīng)擬態(tài)研究芯片Loihi 2，每個(gè)芯片最多有100萬個(gè)神經(jīng)元。

Loihi2采用了預(yù)生產(chǎn)版本的Intel 4制程節(jié)點(diǎn)，Loihi則采用英特爾14nm工藝，與以往的制程技術(shù)相比，Intel 4制程節(jié)點(diǎn)采用的極紫外光刻（EUV）技術(shù)簡化了布局設(shè)計(jì)規(guī)則，使Loihi 2的快速開發(fā)成為可能。

神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算是在傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝和芯片架構(gòu)上的一種嘗試和突破，通過模擬人腦神經(jīng)元的構(gòu)造和神經(jīng)元之間互聯(lián)的機(jī)制，能夠在低功耗以及少量訓(xùn)練數(shù)據(jù)的條件下持續(xù)不斷自我學(xué)習(xí)，大幅提高了能效比。

神經(jīng)元作為神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算突破的關(guān)鍵，Loihi 2相比上一代芯片神經(jīng)元數(shù)量提升了8倍，基于核心大小為0.21 mm2 的Loihi 2，最多支持 8192 個(gè)神經(jīng)元，對比核心尺寸為0.41 mm2的Loihi，最多支持1024 個(gè)神經(jīng)元。

Loihi2之所以能夠在芯片面積為二分之一的前提下實(shí)現(xiàn)八倍的神經(jīng)元數(shù)量提升，制造工藝是關(guān)鍵。英特爾此前介紹，Intel 4是其首個(gè)完全采用極紫外光刻（EUV）技術(shù)的制程節(jié)點(diǎn)，EUV也將成為英特爾實(shí)現(xiàn)再次實(shí)現(xiàn)制程領(lǐng)先的關(guān)鍵。

除了硬件，與神經(jīng)擬態(tài)芯片匹配的軟件也非常重要。與Loihi2一起發(fā)布的還有用于開發(fā)神經(jīng)啟發(fā)應(yīng)用的開源軟件框架Lava，具備開放、模塊化、可擴(kuò)展的特性。Lava允許研究人員和應(yīng)用開發(fā)人員在彼此取得的成果上進(jìn)一步開發(fā)，并集中到一組通用的工具、方法和函數(shù)庫中。

同時(shí)，Lava能夠在跨越傳統(tǒng)和神經(jīng)擬態(tài)處理器的異構(gòu)架構(gòu)上無縫運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)執(zhí)行以及與各種人工智能、神經(jīng)擬態(tài)和機(jī)器人框架的互操作性。開發(fā)人員無需使用專門的神經(jīng)擬態(tài)硬件即可開始構(gòu)建神經(jīng)擬態(tài)應(yīng)用，并且可以為Lava代碼庫做出貢獻(xiàn)，包括將其移植到其他平臺(tái)上運(yùn)行。

“洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員一直在使用Loihi神經(jīng)擬態(tài)平臺(tái)來研究量子計(jì)算與神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算之間的權(quán)衡，并在芯片級上實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)流程。這項(xiàng)研究顯示了脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子退火路徑在解決硬優(yōu)化問題上一些激動(dòng)人心的等效性。”洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Gerd J. Kunde表示，“除此之外，我們還證明了之前被認(rèn)為無法在神經(jīng)擬態(tài)架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)的反向傳播算法（訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)建模塊）可以在Loihi上高效地實(shí)現(xiàn)。我們的團(tuán)隊(duì)很高興能夠借助Loihi 2芯片繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)研究。”

早期的評估表明，與在原始版本的Loihi上運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)深度網(wǎng)絡(luò)相比，在準(zhǔn)確性沒有降低的情況下，Loihi 2上每次推理的運(yùn)算次數(shù)減少了60多倍。

在連接性和集成方面，Loihi 2芯片將支持以太網(wǎng)接口，與更廣泛的基于事件的視覺傳感器實(shí)現(xiàn)無膠合集成，同時(shí)Loihi 2芯片還擁有更大的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，這解決了Loihi中客觀存在的一處局限。

當(dāng)然，神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算的發(fā)展也需要各方的努力，英特爾此前已經(jīng)成立了英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)（INRC），目前INRC已增加到約150個(gè)成員機(jī)構(gòu)，今年新增的成員包括福特（Ford）、佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）、美國西南研究院（SwRI）、美國菲力爾公司（Teledyne FLIR）。

英特爾目前通過神經(jīng)擬態(tài)研究云服務(wù)向加入INRC的成員提供兩個(gè)基于Loihi 2的神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng)：用于早期評估的單芯片系統(tǒng)Oheo Gulch和即將開放的八芯片系統(tǒng)Kapoho Point。Lava 軟件框架可在GitHub 上免費(fèi)下載。Loihi 2和Lava的演示教程將在10月舉辦的“Intel Innovation”活動(dòng)中呈現(xiàn)。

至于神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算的商業(yè)化，則需要“三管齊下”，首先，需要根據(jù)算法和應(yīng)用研究的結(jié)果對神經(jīng)擬態(tài)硬件進(jìn)行持續(xù)地迭代改進(jìn)。其次，還需要開發(fā)通用的跨平臺(tái)軟件框架，以便開發(fā)人員可以對來自不同開發(fā)群體的最佳算法理念進(jìn)行基準(zhǔn)測試、整合和改進(jìn)；最后，產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府領(lǐng)域之間要深入合作，建立一個(gè)豐富、高效的神經(jīng)擬態(tài)生態(tài)系統(tǒng)，以探索近期可實(shí)現(xiàn)商業(yè)價(jià)值的落地。