從IBM研究到百度投資，探尋類腦芯片產(chǎn)業(yè)路上的豐收與荊棘

　　類腦芯片作為一種新興技術(shù)，有著非常廣闊的應(yīng)用前景，相對(duì)于傳統(tǒng)芯片，類腦芯片在功耗和集成度上的優(yōu)勢(shì)明顯。近年來，全球領(lǐng)先的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)均在積極地推動(dòng)類腦芯片技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化，國(guó)外如IBM、高通、英特爾、麻省理工、牛津、斯坦福大學(xué)等都在研制類腦芯片的相關(guān)技術(shù)，并取得了非?？上驳某晒?國(guó)內(nèi)有西井科技、靈汐科技、中科院、清華、北大、浙大等也在推動(dòng)類腦芯片的產(chǎn)業(yè)化，可以預(yù)見的是，未來在芯片領(lǐng)域必有類腦芯片的一席之地。

　　類腦芯片被頻頻看好

　　一直以來，人們希望研制出一款能夠像人腦一樣學(xué)習(xí)的電腦，目前，歐盟、美國(guó)和瑞士等國(guó)家正在研制模擬人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)的核心是類腦芯片。近日，瑞士類腦芯片廠商aiCTX公司獲百度風(fēng)投數(shù)千萬(wàn)元Pre-A輪融資，資金將用于類腦芯片研究與開發(fā)，并積極推動(dòng)研究成果的產(chǎn)業(yè)化。OFweek電子工程網(wǎng)編輯在第一時(shí)間通過郵件聯(lián)系到了aiCTX公司CEO喬寧博士，就全球類腦芯片的研究成果及當(dāng)前產(chǎn)業(yè)面臨的技術(shù)難題等進(jìn)行了深入地探討與交流。

　　據(jù)悉，aiCTX公司創(chuàng)辦于2017年3月，在2017年底獲得天使資本等120萬(wàn)美元種子輪融資。在成立不到兩年的時(shí)間里能獲得兩次融資，可以看出業(yè)內(nèi)對(duì)它們的認(rèn)可。aiCTX公司之所以被很多業(yè)內(nèi)人士看好，一方面是因?yàn)樗鼈冇兄浅Ｔ鷮?shí)的技術(shù)實(shí)力，另一方面也凸顯了類腦芯片美好的未來。

　　“我們有著非常務(wù)實(shí)的團(tuán)隊(duì)，大約10個(gè)人，他們來自于世界各地。在短短一年多的時(shí)間里，我們創(chuàng)造的價(jià)值足以引起百度的關(guān)注。我們對(duì)類腦芯片有著深刻的理解和深厚的技術(shù)積累?？梢院敛豢鋸埖闹v，aiCTX公司的技術(shù)在歐洲乃至世界都是處于領(lǐng)先的地位?！盿iCTX公司CEO喬寧博士對(duì)OFweek電子工程網(wǎng)說道。

　　除了技術(shù)過硬，還得拿出實(shí)實(shí)在在的項(xiàng)目才能讓投資人安心。aiCTX公司在成立不到一年就拿到了歐洲H2020腦機(jī)接口項(xiàng)目，這充分證明了歐洲對(duì)aiCTX公司技術(shù)的認(rèn)可。喬寧博士表示，作為一家芯片研發(fā)公司，aiCTX對(duì)類腦芯片有著足夠的執(zhí)著與信心，準(zhǔn)備花五年左右的時(shí)間潛心研究類腦芯片技術(shù)并將它推向市場(chǎng)。他還提到，由于aiCTX公司處于瑞士蘇黎世這樣良好的科研環(huán)境，臨近蘇黎世大學(xué)、蘇黎世聯(lián)邦理工、洛桑理工等世界頂級(jí)知名高校，強(qiáng)大的人才資源為公司發(fā)展提供了源源不斷的支持。

　　aiCTX公司作為類腦芯片產(chǎn)業(yè)的新生力量，正在加速推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化，讓技術(shù)早日實(shí)現(xiàn)商用。

　　回顧國(guó)內(nèi)外在類腦芯片上取得的研究成果

　　類腦芯片概念的提出時(shí)間雖不長(zhǎng)，卻吸引了很多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的加入，多年來他們一直在推動(dòng)類腦芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。IBM、高通、英特爾等巨頭對(duì)類腦芯片的研究相對(duì)較早，也取得了令人可喜的成績(jī)。令人欣慰的是， 對(duì)類腦芯片的研究上，國(guó)內(nèi)這一次和國(guó)外巨頭們站在了同一起跑線，并不斷取得技術(shù)上的突破。

　　作為全球最早研究類腦芯片技術(shù)的企業(yè)，IBM公司早在2011年就取得了一些成績(jī)，通過模擬人腦大腦結(jié)構(gòu)，IBM研發(fā)了兩個(gè)具有認(rèn)知和感知功能的硅芯片原型，當(dāng)時(shí)它們給這個(gè)芯片取名為“蟲腦”。在2014年的時(shí)候，IBM再接再厲又研制出升級(jí)版的“蟲腦”芯片，性能大大提升。據(jù)OFweek了解到，這款芯片使用了54億個(gè)晶體管，功耗每平方厘米僅消耗20 毫瓦，直徑僅幾厘米，表現(xiàn)相當(dāng)出色。

　　IBM公司不僅僅沉浸在實(shí)驗(yàn)室研究類腦芯片技術(shù)，它們還積極地推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2014年IBM將研制出的模擬人腦芯片應(yīng)用在潛水系統(tǒng)上，用這款芯片制作的超級(jí)計(jì)算機(jī)來探測(cè)海嘯和海底環(huán)境。不久前，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室與IBM公司合作研發(fā)的AI超級(jí)計(jì)算機(jī)引起關(guān)注，這款機(jī)器最大亮點(diǎn)是采用模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的芯片，處理能力相當(dāng)于六千四百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)細(xì)胞和一百六十億個(gè)神經(jīng)突觸的類腦功能，機(jī)器學(xué)習(xí)性能超過當(dāng)前任何硬件模型。除了算力，這款芯片的低能耗優(yōu)勢(shì)讓人眼前一亮，其每個(gè)芯片耗能只相當(dāng)于十瓦燈泡。目前它們正在探索這款芯片系統(tǒng)在可穿戴、飛機(jī)和自動(dòng)化設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　同樣是在2014年，高通原本打算發(fā)布一版電子芯片，2013年高通曾公開此款芯片，將其命名為Zeroth。據(jù)OFweek了解，這款芯片是一款類似大腦的計(jì)算機(jī)芯片，高通將它稱作“神經(jīng)處理裝置”。

　　這些芯片能夠用于支持類似Siri和Google Now的數(shù)碼助手來控制機(jī)器人四肢、無人機(jī)以及無人汽車。Zeroth芯片模仿人腦結(jié)構(gòu)，由數(shù)十億協(xié)力合作的神經(jīng)細(xì)胞組成，此款芯片在特定領(lǐng)域的計(jì)算速度比普通計(jì)算機(jī)更快、更有效。

　　Zeroth芯片的的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)新型處理架構(gòu)的創(chuàng)建、定義和標(biāo)準(zhǔn)化，高通稱之為“神經(jīng)處理器”(NPU)。它們?cè)O(shè)想NPU用于各種不同設(shè)備，在SoC里與其它模塊并存，因此既能用傳統(tǒng)編程語(yǔ)言開發(fā)程序，也能隨時(shí)調(diào)用NPU來訓(xùn)練設(shè)備，使之具備人腦一樣的交互和行為。

　　近日，英特爾中國(guó)研究院表示它們已研發(fā)出類人腦的神經(jīng)擬態(tài)LOIHI芯片，這款芯片以人腦為模型，包括模擬大腦基本機(jī)制的數(shù)字電路，它有1024個(gè)人造神經(jīng)元和1.3億個(gè)突觸連接。

　　據(jù)悉，這款神經(jīng)元芯片模型從神經(jīng)元的溝通和學(xué)習(xí)中吸取靈感，使用可以根據(jù)時(shí)機(jī)進(jìn)行調(diào)制的尖峰和塑料突觸，以幫助計(jì)算機(jī)根據(jù)模式和協(xié)調(diào)自行組織和作出決策。它可以實(shí)現(xiàn)片上學(xué)習(xí)，也就是整個(gè)學(xué)習(xí)的訓(xùn)練和推理過程都將在單個(gè)芯片上完成，且芯片可以自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，而不用等待從云端或是互聯(lián)網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫(kù)的更新和傳輸。

　　使用Loihi芯片可以加速機(jī)器學(xué)習(xí)，同時(shí)將功耗要求降低到現(xiàn)有芯片的千分之一。與刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，該芯片的操作速度提高了一百萬(wàn)次;與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，Loihi測(cè)試芯片在相同任務(wù)中使用的資源要少得多。對(duì)于該芯片，英特爾表示：“該芯片的自學(xué)習(xí)能力具有巨大的潛力，可以改善汽車和工業(yè)應(yīng)用以及個(gè)性化機(jī)器人，即任何可以在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中受益于自主操作和持續(xù)學(xué)習(xí)的應(yīng)用程序。”

　　全球最大的神經(jīng)形態(tài)超級(jí)計(jì)算機(jī)SpiNNaker日前首次啟用，它擁有100萬(wàn)個(gè)處理器內(nèi)核，每秒可執(zhí)行200萬(wàn)億次操作，能夠達(dá)到人腦百分之一的比例，是世界上第一個(gè)低功耗、大規(guī)模人腦數(shù)字模型。

　　谷歌、英偉達(dá)、Facebook等巨頭也在加大類腦芯片的研究。前幾年大火的Google AlphaGo和英偉達(dá)的GPU以及Facebook大腦等，無一不借鑒或采用了最新的類腦芯片技術(shù)。

      國(guó)內(nèi)在類腦芯片上的成績(jī)

　　近年來，國(guó)內(nèi)在類腦芯片的研究上也取了很多的進(jìn)展，如西井科技的腦神經(jīng)元芯片、浙大的“達(dá)爾文”類腦芯片、清華大學(xué)的電子突觸陣列技術(shù)等。

　　西井科技是國(guó)內(nèi)較早研究類腦芯片的企業(yè)，目前它們已推出了自主研發(fā)的擁有百億規(guī)模神經(jīng)元人腦仿真模擬器和可商用化五千萬(wàn)類腦神經(jīng)元芯片DeepSouth兩款產(chǎn)品。神經(jīng)元人腦仿真模擬器類似于飛行員訓(xùn)練用的飛行模擬器，雖然人腦模擬器不能取代活體實(shí)驗(yàn)，但可以大大減少活體消耗。它可以通過接受醫(yī)學(xué)上大腦神經(jīng)元脈沖放電數(shù)據(jù)，以更直觀方式呈現(xiàn)人腦的脈沖形態(tài)，幫助人類更清晰更直觀的研究人腦的癥狀，同時(shí)采集數(shù)據(jù)反饋回大腦仿真模擬器檢驗(yàn)藥物及治療效果。

　　據(jù)OFweek獲悉，DeepSouth 是一款可商用化的芯片，它能模擬出高達(dá)五千萬(wàn)個(gè)“神經(jīng)元”，有 五十多億個(gè)“神經(jīng)突觸”，該芯片除了具備“自我學(xué)習(xí)、自我實(shí)時(shí)提高”的能力外，還可以直接在芯片上完成計(jì)算，不需要通過網(wǎng)絡(luò)連接后臺(tái)服務(wù)器，可在“無網(wǎng)絡(luò)”情況下使用。值得一提的是，DeepSouth 芯片在同一任務(wù)下的功耗僅為傳統(tǒng)芯片的幾十分之一到幾百分之一。

　　2015年12月，由浙江大學(xué)牽頭的聯(lián)合研究小組在國(guó)內(nèi)首次研制出支持脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的類腦芯片，它們?nèi)∶麨椤斑_(dá)爾文”芯片。據(jù)相關(guān)人士介紹，這款芯片借鑒大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與原理，創(chuàng)造出更省電、高效、智能的計(jì)算系統(tǒng)，與傳統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，其在結(jié)構(gòu)與原理上都更加接近生物神經(jīng)系統(tǒng)。