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AI大咖关注的类脑芯片能否超越人脑?又是否可以冲破摩尔定律

2018年01月31日 09:15 次阅读

据悉,AI领域的大咖都在关注搞类脑芯片的研究,相比于传统芯片,类脑芯片的确在功耗上具有绝对优势,研究员试图通过模拟人脑运转机制,使机器超越人脑。据报道随着技术的进步,颠覆传统架构的类脑芯片已为芯片行业开启了一扇新的大门。

最近,在AI领域无论是学术界的大咖还是行业的大佬,都在如火如荼的搞类脑芯片的研究,当然也取得了不少成果。日前,斯坦福大学研究院电子与微系统技术实验室的Jeehwan Kim教授在《自然》杂志上发表了一篇论文,一时间引来了产学研三界的关注。原因是Jeehwan Kim教授与研究员们使用一种称为硅锗的材料研发了一款人工突触芯片,可支持识别手写字体的机器学习算法。无独有偶,近日中国科学院自动化研究所类脑智能研究中心类脑信息处理(BRAVE)研究组也在借鉴生物神经结构的神经网络建模与类人学习研究中取得了突破性的研究。

从计算机诞生起,人们就不断要求它的计算能力提升,随着芯片集成性越来越高,CPU与内存之间的性能差距越来越大。基于冯诺依曼结构的计算机结构呈现的缺点也愈加明显,也有人称这为内存墙,意思是说CPU再快,也要等内存。相比之下,人脑却没有此类问题出现,据研究表明,人类大脑平均每秒可执行 1 亿亿次操作,所需能量只有 10~25 瓦特。因而研究员们正转向模拟人类大脑研究,试图通过模拟人脑运转机制,使计算机能低能耗高功效地进行计算,甚至使计算机优于类人的智能。

国内外有许多公司和机构正在类脑芯片研发上投入大量精力,美国在此项研究上开始较早,2014年IBM就推出了业内首款类脑芯片TrueNorth。国内最近几年在芯片研发上也不甘示弱,也有西井科技这样的初创公司投身到类脑芯片的研发中来,清华等知名高校也纷纷建立类脑研究中心。

相比于传统芯片,类脑芯片的确在功耗上具有绝对优势,拿英特尔在本次CES上展出的自我学习芯片Loihi来说,不仅其学习效率比其他智能芯片高100万倍,而且在完成同一个任务所消耗的能源比传统芯片节省近1000倍。类脑芯片的集成度也非常高,拿浙大推出的“达尔文”芯片来说,其面积为25平方毫米,也就是说边长只有0.5厘米,但内部却能包含500万个晶体管。随着行业对计算力要求越来越高,冯氏瓶颈将越来越明显,颠覆传统架构的类脑芯片已为芯片行业开启了一扇新的大门。

一、传统芯片遇冯·诺依曼瓶颈 模拟神经元成新思路

现代计算机基本都基于冯·诺依曼结构,它将程序和处理该程序的数据用同样的方式分别存储在两个区域,一个称为指令集,一个称为数据集。计算机每次进行运算时需要在CPU和内存这两个区域往复调用,因而在双方之间产生数据流量。而随着深度学习算法的出现,对芯片计算力的要求不断提高,冯·诺伊曼瓶颈遇见明显:当CPU需要在巨大的资料上执行一些简单指令时,资料流量将严重降低整体效率,CPU将会在资料输入或输出时闲置。

不仅如此,传统芯片还存在一个大问题就是效率低。芯片在工作时,大部分的电能将转化为热能,一个不带散热器的计算机,其CPU产生的热量就可在短时间内将其自身融化。其他的智能化设备,也因芯片复杂耗能太高,导致续航能力差,不管如何改善工艺,高温和漏电都是难以避免的问题。

为了解决CPU在大量数据运算效率低能耗高的问题,目前有两种发展路线:一是延用传统冯诺依曼架构,主要以3中类型芯片为代表:GPU、FPGA、ASIC;二是采用人脑神经元结构设计芯片来提升计算能力,已完全拟人化为目标,追求在芯片架构上不断逼近人脑,这类芯片被称为类脑芯片。

AI大咖关注的类脑芯片能否超越人脑?又是否可以冲破摩尔定律

人脑神经元在接受到刺激后,其细胞膜内外带电离子分布将发生变化,因而形成电位差,电位差将沿着神经细胞轴突、树突双向传导,形成脉冲电流。而当该电信号传递到突触时,突触前神经元将释放神经递质(如多巴胺、肾上腺素)由突触后神经元接受神经递质产生兴奋(该过程单向传递),并向下传递作用与人体反应器并发生反应。

类脑芯片架构就是模拟人脑的神经突触传递结构。众多的处理器类似于神经元,通讯系统类似于神经纤维,每个神经元的计算都是在本地进行的,从整体上看神经元们分布式进行工作的,也就是说整体任务进行了分工,每个神经元只负责一部分计算。在处理海量数据上这种方式优势明显,并且功耗比传统芯片更低。比如IBM的TrueNorth芯片每平方厘米功耗消耗仅为20毫瓦。

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发表于 2018-04-12 10:58 460次阅读
商汤和旷世们的商业化征途,视觉识别的商业化肉搏战...

OpenAI宣布要all-in AGI提出四项原...

OpenAI联合创始人Ilya Sutskever说:“OpenAI在创立之初就已为建立一个强大的技...

发表于 2018-04-12 10:55 213次阅读
OpenAI宣布要all-in AGI提出四项原...

AI同传,首次登上国际级会议的舞台

这次腾讯翻译君将联合微信智聆(“腾讯同传”),为博鳌论坛的开幕式及部分核心论坛提供同声传译支持,包括...

发表于 2018-04-12 10:48 436次阅读
AI同传,首次登上国际级会议的舞台

从深度学习的原理和基础出发阐述了深度学习的局限性

通过对人脑处理信息时所采用方法的抽象总结和模拟,提出了神经网络的概念。未经处理的数据(图像,声音信息...

发表于 2018-04-12 10:07 196次阅读
从深度学习的原理和基础出发阐述了深度学习的局限性

人工智能时代,为何说关键在机器视觉?

智能视觉在机器模仿人类感知与观察的过程中不断发展,除了识别它还要完成一系列关键任务。

发表于 2018-04-12 09:24 2517次阅读
人工智能时代,为何说关键在机器视觉?

“智能芯”成为我国抢占智能时代的新引擎

芯片是人工智能的发动机。“无芯片,不AI。”清华大学微电子所所长魏少军说,芯片是实现人工智能的当然载...

发表于 2018-04-12 09:08 238次阅读
“智能芯”成为我国抢占智能时代的新引擎

英特尔酷睿i9处理器助力打造极致的游戏和内容创建...

除了推出面向移动产品的全新英特尔酷睿 i9处理器以外,英特尔还发布了将第八代智能英特尔酷睿处理器和英...

发表于 2018-04-12 09:02 200次阅读
英特尔酷睿i9处理器助力打造极致的游戏和内容创建...

深度学习专家不足?

他解释说,其目标在于培养内部软件工程师,使其在一至两年内熟习深度学习。而当被问及DeepScale的...

发表于 2018-04-12 08:51 142次阅读
深度学习专家不足?

苹果计划在Mac电脑上试用自研芯片,取代英特尔(...

近日,据彭博社报道,苹果(AAPL)计划最快在2020年开始在Mac电脑上使用自研CPU芯片,取代英...

发表于 2018-04-11 16:30 3011次阅读
苹果计划在Mac电脑上试用自研芯片,取代英特尔(...

MathWorks 宣布 MATLAB 与 NV...

MathWorks 今日宣布 ,MATLAB 现在可通过 GPU Coder 实现与 NVIDIA ...

发表于 2018-04-11 16:26 1488次阅读
MathWorks 宣布 MATLAB 与 NV...

AI芯片国内外的发展现状

如果说2016年3月份AlphaGo与李世石的那场人机大战只在科技界和围棋界产生较大影响的话,那么2...

发表于 2018-04-11 16:25 386次阅读
AI芯片国内外的发展现状

区块链能作为人工智能的一种基础设施正在进入AI生...

区块链作为人工智能数据湖:许多人工智能专家都把区块链看作是未来数据湖的超分类存储基础,尽管在这方面我...

发表于 2018-04-11 16:17 396次阅读
区块链能作为人工智能的一种基础设施正在进入AI生...

京东“快闪”店打响线下无人零售布局第一枪

在日益丰富的消费诉求和不断更迭的技术手段的影响下,线上与线下消费场景的融合已成趋势,各大电商平台在发...

发表于 2018-04-11 16:12 522次阅读
京东“快闪”店打响线下无人零售布局第一枪

极紫外光微影(EUV)技术据称将在5纳米(nm)...

Borodovsky在采访中表示,另一个可能导致5nm缺陷的因素是现有的EUV光阻剂材料缺乏均匀度。...

发表于 2018-04-11 15:59 232次阅读
极紫外光微影(EUV)技术据称将在5纳米(nm)...

基于云计算的人工智能即服务产品

认知计算API:应用程序编程接口(API)使开发人员可以轻松地将技术或服务集成到正在构建的应用程序或...

发表于 2018-04-11 15:34 186次阅读
基于云计算的人工智能即服务产品

“工业4.0”平台人工智能平台,“工业4.0”战...

2013年德国政府提出的“工业4.0”战略就涵盖了人工智能。“工业4.0”战略着重在制造业等领域利用...

发表于 2018-04-11 15:04 163次阅读
“工业4.0”平台人工智能平台,“工业4.0”战...

2018年前沿技术预测:AR/VR/MR等沉浸式...

人工智能助手将越来越多地被作为会话平台与决策过程支持助手的关键点。AI功能将在两个方面支持虚拟助理:...

发表于 2018-04-11 14:38 353次阅读
2018年前沿技术预测:AR/VR/MR等沉浸式...

挑战与机遇并存人工智能的健康发展很重要

过去一年,我们和其他20多位人工智能领域专家,通过思考当前的人工智能技术以及其可能如何被坏人利用,写...

发表于 2018-04-11 11:19 410次阅读
挑战与机遇并存人工智能的健康发展很重要

深圳云栖大会人工智能专场:探索视频+AI,玩转智能视频应用

发表于 2018-03-30 15:15 116次阅读
深圳云栖大会人工智能专场:探索视频+AI,玩转智能视频应用

人工智能就业前景

发表于 2018-03-29 15:46 310次阅读
人工智能就业前景

全新一代人工智能计算引擎MaxCompute杭州开服,强化阿里云大数据能力,比肩谷歌微软

发表于 2018-03-28 14:33 111次阅读
全新一代人工智能计算引擎MaxCompute杭州开服,强化阿里云大数据能力,比肩谷歌微软

人工智能与智能家居联手为你打造舒适生活

发表于 2018-03-23 11:56 155次阅读
人工智能与智能家居联手为你打造舒适生活

选择人工智能才是企业持续发展的坚实基础

发表于 2018-03-13 16:31 291次阅读
选择人工智能才是企业持续发展的坚实基础

人工智能的崛起可能导致7种职业需求的上升

发表于 2018-03-12 15:38 475次阅读
人工智能的崛起可能导致7种职业需求的上升

从滤波与控制,看人工智能

发表于 2018-03-02 14:41 506次阅读
从滤波与控制,看人工智能