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連線:神經形態晶片將取代CPU
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《連線》雜誌近日撰文指出,神經形態晶片(neuromorphics)被設計專門用於模仿人類大腦,他們可能很快取代CPU。以下為文章內容摘要:

類似於蘋果Siri這樣的人工智慧服務,都需要把使用者問題傳輸到遙遠的資料中心,然後通過資料中心的運算再傳回答覆。此類人工智慧服務需要依託雲計算,是因為目前的電子設備還沒有足夠的計算力,來運行機器學習所需的超強處理演算法。
 
目前絕大多數智慧手機中配置的CPU,都無法單獨支援在設備中運行像Siri這樣的系統能夠。不過理論神經科學家、加拿大人工智慧初創公司Applied Brain Research聯席首席執行官克裡斯·艾利斯密斯(Chris liasmith),對新型晶片將會改變這一切充滿了信心。

“許多人都認為摩爾定律已走向終結,這意味著使用同樣的方式,我們將無法廉價的獲得‘更多計算力’,”艾利斯密斯說。在他看來,神經形態晶片的快速發展將會解決這一問題。雖然神經形態晶片並不廣為人知,但若干家大型晶片製造商已在開發此類晶片。

傳統CPU的處理指示基於“時鐘時間”--資訊如同被節拍器管理一樣按一定的時間間隔發送。神經形態晶片在晶片中類比人腦同步處理多種資料的能力。根據圖像、聲音或其他信號的變化,神經元可以改變與其他神經元之間的聯繫。所以說,這些神經形態晶片類比的是人腦的神經網路,可以實現人腦的部分功能。

神經形態晶片之所以具有巨大的市場潛力,是因為此類晶片處理人工智慧演算法的耗電量極低。舉例來說,一塊由IBM製造的神經形態晶片包含了五倍於英特爾標準處理器的的電晶體,但卻只需要耗費70毫瓦特的電量。而一塊英特爾處理器需要35至140瓦特的電量,耗電量最高達到神經形態晶片的2000倍。

艾利斯密斯指出,神經形態晶片的概念並不新鮮,從上世紀80年代就已開始設計。但是當時的設計需要把特定演算法直接植入到晶片當中,這意味著需要一塊晶片了識別動作,用另一塊晶片來檢測聲音,還沒有晶片能夠像人類大腦皮層一樣扮演通用處理器的角色。

這部分的源自於程式師還沒有辦法設計出與通用晶片配合使用的演算法。因此即便是類似大腦的晶片早已被開發出來,為它們開發演算法仍是研究人員主要的挑戰之一。

這些努力的核心是一款名為“Nengo”的編譯器,開發者使用它為能夠在通用神經形態晶片硬體中運行的人工智慧應用開發自己的演算法。編譯器是程式師用於編寫代碼的軟體工具,它把代碼翻譯成複雜的指令,讓硬體能夠做一些事情。

讓Nengo實用性增強的是它使用了程式師們熟悉的Python變成語言,以及它把演算法載入到如神經形態晶片等許多不同硬體平臺中的能力。很快,熟悉Python的程式師就能夠為神經形態晶片硬體編寫複雜的神經網(neural nets)。

“類似於視覺系統、語言系統、動作控制和適應性自動控制器早已被植入了Nengo,”Applied Brain Research另一位聯席首席執行官彼得·蘇瑪(Peter Suma)表示。

使用Nengo編譯器編寫的最令人印象深刻的系統名為Spaun。在2012年發佈之後,Spaun被譽為電腦類比的最複雜的大腦模型。Spaun能夠接收視覺輸入,計算結果,並通過機械手書寫下來。它的表現出來的智慧,曾經只被人類所擁有。雖然Spaun不夠完美,但它極佳的表明,電腦終有一天會模糊人類與機器認知的界限。最近通過使用神經形態晶片,大多數Spaun的運行速度提升了9000倍,且耗電量要比原來使用常規CPU更低。到2017年年底,所有的Spaun都將會在神經形態晶片硬體中運行。

艾利斯密斯因為自己的項目贏得了加拿大自然科學與工程技術研究理事會(NSERC)的約翰·波蘭尼獎(John C. Polyani),此獎也是加拿大對突破性科學成就的最高認可。在蘇瑪偶然知道了艾利斯密斯的研究項目之後,他們二人開始攜手商業化這些工具。

“Spaun向我們表明,終有一天人類能夠開發出流暢的智慧推理系統,而神經形態晶片將會在短期內讓人工智慧瞭解許多類型的語境,”蘇瑪說。蘇瑪還強調,“像Siri一樣,在明確的發出指令之前,如今的人工智慧仍都處於離線狀態,我們很快將會擁有永遠線上、陪伴在用戶左右的人工智慧助理。”

“想像一下Siri能夠聽到和看到用戶的所有談話和交流。用戶可以詢問類似於‘中午午餐時我和誰談論了東京產品發佈會?’或是‘瑪麗莎為我妻子的生日禮物有什麼想法?’等問題,”他說。當問及使用者的敏感資訊是否會被一些公司掌握時,蘇瑪強調人工智慧會通過使用者自己的設備處理演算法,因為資訊不需要再通過大公司的伺服器進行處理。

對艾利斯密斯而言,“永遠線上”是實現真正意義的機器認知的必要一步。“如今市場中絕大多數的人工智慧系統和我們使用的生物智慧系統的最大區別,就是後者永遠是即時運行的。在物理世界裡,身體和大腦是配合使用的,”他說。

IT產業早已付出了大量的努力,欲把自己開發的人工智慧技術推廣給用戶。包括蘋果、亞馬遜、三星電子、穀歌、Facebook等公司,都在開發自己的語音助手,希望有一天能夠讓它們成為數位助手。

隨著神經形態晶片和Nengo等工具的崛起,人工智慧很快將會在用戶手機中展示出驚人的自然智商水準。
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