Intel神經(jīng)擬態(tài)芯片有了“嗅覺”：準(zhǔn)確率3000倍于傳統(tǒng)方法

Intel研究院與美國康奈爾大學(xué)的研究人員在《自然-機(jī)器智能》（Nature Machine Intelligence）雜志上聯(lián)合發(fā)表了一篇論文，展示了在存在明顯噪聲和遮蓋的情況下，Intel神經(jīng)擬態(tài)研究芯片“Loihi”學(xué)習(xí)和識(shí)別危險(xiǎn)化學(xué)品的能力。

據(jù)介紹，Loihi只需要單一樣本，就可以學(xué)會(huì)識(shí)別每一種氣味，而且不會(huì)破壞它對(duì)先前所學(xué)氣味的記憶，展現(xiàn)出了極其出色的識(shí)別準(zhǔn)確率。

如果使用傳統(tǒng)方法，即便最出色的深度學(xué)習(xí)方案，要達(dá)到與Loihi相同的氣味分類準(zhǔn)確率，學(xué)習(xí)每一種氣味都需要3000倍以上的訓(xùn)練樣本。

Intel神經(jīng)擬態(tài)研究芯片Loihi

Intel研究院神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算小組高級(jí)研究科學(xué)家、擁有神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算博士學(xué)位的Nabil Imam介紹說，康奈爾大學(xué)負(fù)責(zé)研究動(dòng)物的生物嗅覺系統(tǒng)，并測(cè)量動(dòng)物聞到氣味時(shí)的腦電波活動(dòng)，然后Intel根據(jù)這些電路圖與電脈沖，導(dǎo)出一套算法，并將其配置在神經(jīng)擬態(tài)芯片上。

Imam帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)采用了一個(gè)由72個(gè)化學(xué)傳感器活動(dòng)組成的數(shù)據(jù)集，可對(duì)一個(gè)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中循環(huán)的10種氣體物質(zhì)(氣味)作出反應(yīng)。傳感器對(duì)各種氣味的反應(yīng)被傳送至Loihi，由其芯片電路對(duì)嗅覺背后的大腦電路進(jìn)行模擬。

在研究人員的指導(dǎo)下，Loihi已經(jīng)迅速掌握了10種不同氣味的神經(jīng)表征，其中包括丙酮、氨和甲烷，而且即使有強(qiáng)烈的環(huán)境干擾也能準(zhǔn)確識(shí)別。

而傳統(tǒng)煙霧和一氧化碳探測(cè)器能使用傳感器來探測(cè)氣味，雖然能探測(cè)到空氣中的有害分子并發(fā)出警報(bào)，但無法對(duì)各種氣味進(jìn)行區(qū)分。

英特爾神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究科學(xué)家Nabil Imam表示：“我們正在Loihi上開發(fā)神經(jīng)算法，來模擬人類嗅到氣味時(shí)的大腦運(yùn)行機(jī)制。這項(xiàng)工作堪稱神經(jīng)科學(xué)與人工智能技術(shù)交叉領(lǐng)域的當(dāng)代研究典范，并且證實(shí)Loihi有望提供重要的感知能力，并惠及各行各業(yè)?！?/p>

Nabil Imam在位于美國加州圣克拉拉的神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室中手持一塊Loihi神經(jīng)擬態(tài)測(cè)試芯片

Intel Loihi神經(jīng)擬態(tài)芯片誕生于2017年9月，脫離傳統(tǒng)硅芯片的馮諾依曼計(jì)算模型，而是模仿人腦原理的神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算方式，并且是異步電路，不需要全局時(shí)鐘信號(hào)，而是使用異步脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SNN)，在特定應(yīng)用中要比傳統(tǒng)CPU速度快最多1000倍，能效高最多10000倍。

2019年7月，Intel又宣布了代號(hào)“Pohoiki Beach”的全新神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng)，包含多達(dá)64顆Loihi芯片，集成了1320億個(gè)晶體管，總面積3840平方毫米，擁有800萬個(gè)神經(jīng)元、80億個(gè)突觸。

從理論上講，Loihi可以擴(kuò)展到最多16384顆芯片互連，那就是超過20億個(gè)神經(jīng)元——人類大腦有大約860億個(gè)神經(jīng)元。