英特尔发布Pohoiki Beach神经拟态系统,比传统CPU快1000倍

在DARPA 2019 年电子复兴计划峰会上，英特尔发布了“ Pohoiki Beach ”神经拟态系统，该系统主要由64 颗 Loihi 神经拟态芯片构成，集成了 1320 亿个晶体管，总面积 3840 平方毫米，可处理深度学习任务，速度比CPU快1000倍，效率高10000倍，耗电量小100倍。

该系统致力于提升速度和效率，可以带来数千万倍量级的增长，主要应用于自动驾驶汽车、智能家居及网络安全等领域。

将 800 万个神经元塞进电脑系统

Pohoiki Beach系统由64块Loihi芯片的800万个所谓的神经元构成。

早在2017年9月，英特尔的首款神经拟态计算（类脑）芯片Loihi就被曝光，是一款模仿人类大脑的神经拟态芯片。所谓神经拟态计算，简单来说就是通过数字电路来模拟人类大脑，而 Loihi 是一款具有自主学习能力的 AI 芯片。

Loihi的名字其实取自于夏威夷海底的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，英特尔将芯片取名Loihi就是希望其能够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。

英特尔的Loihi芯片采用了一种新颖的方式通过异步脉冲来计算，同时整合了计算和存储，模仿了大脑根据环境的各种反馈来学习如何操作的运作方式，可以利用数据来学习并做出推断，随着时间的推移也会变得更加的智能，并且不需要以传统方式来进行训练。

目前 Loihi 芯片已经发展到第五代，每一个 Loihi 芯片采用 14nm 工艺制造，集成 21 亿个晶体管、13 万个神经元和 1.3 亿个突触，跟传统的处理器相比，Loihi 的速度提高了 1000 倍，运算效率能提升 10000 倍。

Loihi芯片被安装在Pohoiki Beach系统的“Nahuku”板上。每个Pohoiki Beach系统有多个Nahuku板，每个Nahuku板上有8到32块Loihi芯片。该系统的Nahuku板可以与Intel的Arria 10 FPGA开发人员工具包接合使用。

Loihi芯片在提升算力的同时还能降低功耗。“通过我们的实时深度学习基准测试证明，英特尔Loihi芯片比传统CPU功耗低109倍，比专用物联网计算硬件功耗低5倍。”《Applied Brain Research》杂志CEO兼滑铁卢大学教授Chris Eliasmith说，“更棒的是，当我们将网络规模扩大到50倍时，Loihi保持了实时性能结果，只多消耗30%的电力，而专用物联网硬件则多消耗500%的电力，且不再是实时的。”

真正的目标是自动驾驶、物联网

英特尔的研究人员已经将由 Loihi 芯片组成的Pohoiki Beach系统用于模拟皮肤的触觉和控制义肢等任务，而这套系统未来真正的目标，是应用在自动驾驶、物联网等涉及深度学习的场景。

Pohoiki Beach系统擅长神经元类任务，包括稀疏编码、路径规划和同步定位、以及映射（SLAM）等。举例来说，Pohoiki Beach系统可以使某些假肢更具有适应性，能够使追踪运动物体的摄像机更有能动力，还可以为一个icub机器人的电子皮肤提供触觉输入，以及可以实现桌面足球的自动化操作等等。

目前，Pohoiki系统已被多家机构在不同领域中完成测试。据称，Pohoiki系统在应用中丝毫不逊于GPU/CPU，但耗电量要低得多。这个特性对于“自动驾驶汽车”等应用来说尤为重要。

“我们对Loihi芯片驱动的网络进行了基准测试，发现它和流行的CPU驱动的移动映射机器人准确度相近，在即时定位和地图构建上水平差不多。但是，Loihi-run网络的耗电量要比后者小100倍！”罗格斯大学的Konstantinos Michmizos教授介绍。

计划在今年年底突破 1 亿个神经元

在完成 800 万个数字神经元的 Pohoiki Beach 系统之后，英特尔计划在今年年底能够突破 1 亿个神经元，这将接近一个小型哺乳动物大脑的水平。

不过这距离人脑由约 860 亿个神经元组成，还有很远的距离。但这在摩尔定律逐渐失效的芯片领域，已经是十分大的突破。

在未来的生活中，越来越逼近人脑的神经拟态芯片所带来的改变，或许将不亚于 5G 和人工智能。