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

　　類(lèi)腦芯片作為一種新興技術(shù)，有著(zhù)非常廣闊的應用前景，相對于傳統芯片，類(lèi)腦芯片在功耗和集成度上的優(yōu)勢明顯。近年來(lái)，全球領(lǐng)先的科研機構和企業(yè)均在積極地推動(dòng)類(lèi)腦芯片技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化，國外如IBM、高通、英特爾、麻省理工、牛津、斯坦福大學(xué)等都在研制類(lèi)腦芯片的相關(guān)技術(shù)，并取得了非?？上驳某晒?國內有西井科技、靈汐科技、中科院、清華、北大、浙大等也在推動(dòng)類(lèi)腦芯片的產(chǎn)業(yè)化，可以預見(jiàn)的是，未來(lái)在芯片領(lǐng)域必有類(lèi)腦芯片的一席之地。

　　類(lèi)腦芯片被頻頻看好

　　一直以來(lái)，人們希望研制出一款能夠像人腦一樣學(xué)習的電腦，目前，歐盟、美國和瑞士等國家正在研制模擬人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )計算機，這種計算機的核心是類(lèi)腦芯片。近日，瑞士類(lèi)腦芯片廠(chǎng)商aiCTX公司獲百度風(fēng)投數千萬(wàn)元Pre-A輪融資，資金將用于類(lèi)腦芯片研究與開(kāi)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(guò)郵件聯(lián)系到了aiCTX公司CEO喬寧博士，就全球類(lèi)腦芯片的研究成果及當前產(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)內對它們的認可。aiCTX公司之所以被很多業(yè)內人士看好，一方面是因為它們有著(zhù)非常扎實(shí)的技術(shù)實(shí)力，另一方面也凸顯了類(lèi)腦芯片美好的未來(lái)。

　　“我們有著(zhù)非常務(wù)實(shí)的團隊，大約10個(gè)人，他們來(lái)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。我們對類(lèi)腦芯片有著(zhù)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OFweek電子工程網(wǎng)說(shuō)道。

　　除了技術(shù)過(guò)硬，還得拿出實(shí)實(shí)在在的項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腦機接口項目，這充分證明了歐洲對aiCTX公司技術(shù)的認可。喬寧博士表示，作為一家芯片研發(fā)公司，aiCTX對類(lèi)腦芯片有著(zhù)足夠的執著(zhù)與信心，準備花五年左右的時(shí)間潛心研究類(lèi)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知名高校，強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(lèi)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)現商用。

　　回顧國內外在類(lèi)腦芯片上取得的研究成果

　　類(lèi)腦芯片概念的提出時(shí)間雖不長(cháng)，卻吸引了很多科研機構和企業(yè)的加入，多年來(lái)他們一直在推動(dòng)類(lèi)腦芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。IBM、高通、英特爾等巨頭對類(lèi)腦芯片的研究相對較早，也取得了令人可喜的成績(jì)。令人欣慰的是， 對類(lèi)腦芯片的研究上，國內這一次和國外巨頭們站在了同一起跑線(xiàn)，并不斷取得技術(shù)上的突破。

　　作為全球最早研究類(lèi)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(jì)，通過(guò)模擬人腦大腦結構，IBM研發(fā)了兩個(gè)具有認知和感知功能的硅芯片原型，當時(shí)它們給這個(gè)芯片取名為“蟲(chóng)腦”。在2014年的時(shí)候，IBM再接再厲又研制出升級版的“蟲(chóng)腦”芯片，性能大大提升。據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，表現相當出色。

　　IBM公司不僅僅沉浸在實(shí)驗室研究類(lèi)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用在潛水系統上，用這款芯片制作的超級計算機來(lái)探測海嘯和海底環(huán)境。不久前，美國空軍研究實(shí)驗室與IBM公司合作研發(fā)的AI超級計算機引起關(guān)注，這款機器最大亮點(diǎn)是采用模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的芯片，處理能力相當于六千四百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)細胞和一百六十億個(gè)神經(jīng)突觸的類(lèi)腦功能，機器學(xué)習性能超過(guò)當前任何硬件模型。除了算力，這款芯片的低能耗優(yōu)勢讓人眼前一亮，其每個(gè)芯片耗能只相當于十瓦燈泡。目前它們正在探索這款芯片系統在可穿戴、飛機和自動(dòng)化設備等領(lǐng)域的應用。

　　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(kāi)此款芯片，將其命名為Zeroth。據OFweek了解，這款芯片是一款類(lèi)似大腦的計算機芯片，高通將它稱(chēng)作“神經(jīng)處理裝置”。

　　這些芯片能夠用于支持類(lèi)似Siri和Google Now的數碼助手來(lái)控制機器人四肢、無(wú)人機以及無(wú)人汽車(chē)。Zeroth芯片模仿人腦結構，由數十億協(xié)力合作的神經(jīng)細胞組成，此款芯片在特定領(lǐng)域的計算速度比普通計算機更快、更有效。

　　Zeroth芯片的的終極目標是實(shí)現新型處理架構的創(chuàng )建、定義和標準化，高通稱(chēng)之為“神經(jīng)處理器”(NPU)。它們設想NPU用于各種不同設備，在SoC里與其它模塊并存，因此既能用傳統編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)程序，也能隨時(shí)調用NPU來(lái)訓練設備，使之具備人腦一樣的交互和行為。

　　近日，英特爾中國研究院表示它們已研發(fā)出類(lèi)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制的數字電路，它有1024個(gè)人造神經(jīng)元和1.3億個(gè)突觸連接。

　　據悉，這款神經(jīng)元芯片模型從神經(jīng)元的溝通和學(xué)習中吸取靈感，使用可以根據時(shí)機進(jìn)行調制的尖峰和塑料突觸，以幫助計算機根據模式和協(xié)調自行組織和作出決策。它可以實(shí)現片上學(xué)習，也就是整個(gè)學(xué)習的訓練和推理過(guò)程都將在單個(gè)芯片上完成，且芯片可以自動(dòng)進(jìn)行數據的實(shí)時(shí)更新，而不用等待從云端或是互聯(lián)網(wǎng)上數據庫的更新和傳輸。

　　使用Loihi芯片可以加速機器學(xué)習，同時(shí)將功耗要求降低到現有芯片的千分之一。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)習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相比，Loihi測試芯片在相同任務(wù)中使用的資源要少得多。對于該芯片，英特爾表示：“該芯片的自學(xué)習能力具有巨大的潛力，可以改善汽車(chē)和工業(yè)應用以及個(gè)性化機器人，即任何可以在非結構化環(huán)境中受益于自主操作和持續學(xué)習的應用程序?！?/p>

　　全球最大的神經(jīng)形態(tài)超級計算機SpiNNaker日前首次啟用，它擁有100萬(wàn)個(gè)處理器內核，每秒可執行200萬(wàn)億次操作，能夠達到人腦百分之一的比例，是世界上第一個(gè)低功耗、大規模人腦數字模型。

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

      國內在類(lèi)腦芯片上的成績(jì)

　　近年來(lái)，國內在類(lèi)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“達爾文”類(lèi)腦芯片、清華大學(xué)的電子突觸陣列技術(shù)等。

　　西井科技是國內較早研究類(lèi)腦芯片的企業(yè)，目前它們已推出了自主研發(fā)的擁有百億規模神經(jīng)元人腦仿真模擬器和可商用化五千萬(wàn)類(lèi)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(lèi)似于飛行員訓練用的飛行模擬器，雖然人腦模擬器不能取代活體實(shí)驗，但可以大大減少活體消耗。它可以通過(guò)接受醫學(xué)上大腦神經(jīng)元脈沖放電數據，以更直觀(guān)方式呈現人腦的脈沖形態(tài)，幫助人類(lèi)更清晰更直觀(guān)的研究人腦的癥狀，同時(shí)采集數據反饋回大腦仿真模擬器檢驗藥物及治療效果。

　　據OFweek獲悉，DeepSouth 是一款可商用化的芯片，它能模擬出高達五千萬(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、自我實(shí)時(shí)提高”的能力外，還可以直接在芯片上完成計算，不需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接后臺服務(wù)器，可在“無(wú)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)合研究小組在國內首次研制出支持脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的類(lèi)腦芯片，它們取名為“達爾文”芯片。據相關(guān)人士介紹，這款芯片借鑒大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )結構與原理，創(chuàng )造出更省電、高效、智能的計算系統，與傳統人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )相比，其在結構與原理上都更加接近生物神經(jīng)系統。