英特爾宋繼強：計算創(chuàng )新進(jìn)入超異構時(shí)代，需要軟硬結合，探索突破

2020年7月15日上午，第十五屆“開(kāi)源中國開(kāi)源世界”高峰論壇如期舉行。英特爾中國研究院院長(cháng)宋繼強在此次論壇上發(fā)表了題為《神經(jīng)擬態(tài)計算，探索智能互聯(lián)時(shí)代的計算創(chuàng )新》主題演講。演講內容涵蓋信息世界數據的三大變化而產(chǎn)生的對計算創(chuàng )新的需求，以及英特爾在計算創(chuàng )新上所做出的努力和進(jìn)展。宋繼強在此次演講中也表示，希望通過(guò)開(kāi)源的技術(shù)和平臺，讓新的技術(shù)可以造福全人類(lèi)。

據宋繼強介紹，因為無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)和人工智能技術(shù)的廣泛應用，目前人類(lèi)所處的信息世界的數據正在呈現三大變化。首先是數據量呈指數級的爆發(fā)。除了我們熟知的人為輸入和設備在不斷地產(chǎn)生數據之外，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能模型也在產(chǎn)生大量的數據。另外，數據的形態(tài)也日趨多樣化，有更多非結構化數據在實(shí)時(shí)產(chǎn)生。最后，很多來(lái)自于物聯(lián)網(wǎng)設備以及實(shí)際應用場(chǎng)景的數據，需要在終端或邊緣被采集，同時(shí)要能夠實(shí)時(shí)處理后再反饋到邊緣。這也是數據的第三個(gè)變化，即對數據實(shí)時(shí)處理的需求在快速增長(cháng)。

針對信息世界中數據的這三大變化，對計算創(chuàng )新的需求也呼之欲出。英特爾在計算創(chuàng )新領(lǐng)域耕耘多年，并提出了“超異構”計算解決方案，通過(guò)先進(jìn)的異構封裝技術(shù)將多種不同類(lèi)型的架構組合到一張芯片中，并提供面向異構計算統一、可擴展的編程模型oneAPI軟件解決方案。除此之外，英特爾也在繼續探索計算架構的創(chuàng )新，神經(jīng)擬態(tài)計算是一種全新的架構，并且英特爾也已經(jīng)取得了矚目的成就。

超異構計算創(chuàng )造卓越能效比

宋繼強在此次演講中指出，目前我們主流的計算架構有四種，分別是標量、矢量、矩陣和空間計算，異構計算就是要把這些計算進(jìn)行整合，簡(jiǎn)稱(chēng)為“XPU”。傳統的異構計算主要采用SoC和分體式板卡的方式，但這兩種方式各有劣勢，而英特爾的“超異構”計算可以把這兩種方式的優(yōu)勢集合，同時(shí)避免它們的不足。

“英特爾先進(jìn)的封裝技術(shù)，如EMIB、Foveros等，可以很好地將多種不同架構的芯片整合到一個(gè)芯片里，”宋繼強表示?！斑@些技術(shù)可以避免在板級封裝中對空間和傳輸效率的犧牲，同時(shí)在小空間、低功耗的情況下，提高了計算性能和能效比?！?/p>

除此之外，在超異構計算領(lǐng)域，英特爾推出“軟硬結合”戰略，推出了以開(kāi)發(fā)者為中心的oneAPI軟件解決方案，提供一個(gè)通用、開(kāi)放的編程體驗，讓開(kāi)發(fā)者自由選擇架構，無(wú)需在性能上做出妥協(xié)，也大大降低了使用不同的代碼庫、編程語(yǔ)言、編程工具和工作流程所帶來(lái)的復雜性，從而為企業(yè)節省成本。

宋繼強表示：“通過(guò)我們提供的統一API接口使得在不同硬件之間的遷移變得非常簡(jiǎn)便和高效。oneAPI是面向開(kāi)源的，也希望大家來(lái)參與這個(gè)領(lǐng)域的交流和合作?！?/p>

全新的計算架構：神經(jīng)擬態(tài)計算

除此之外，英特爾在計算架構創(chuàng )新領(lǐng)域也在持續探索，這其中就包括采用全新的計算架構的神經(jīng)擬態(tài)計算。宋繼強認為，目前理想的一種計算方式是能夠類(lèi)似人腦，在低能耗的條件下完成多個(gè)不同種類(lèi)的任務(wù)，同時(shí)又能夠支持擴展，而神經(jīng)擬態(tài)計算是一個(gè)可行之道。

英特爾在神經(jīng)擬態(tài)計算領(lǐng)域已經(jīng)取得了矚目的進(jìn)展。神經(jīng)擬態(tài)芯片Loihi存儲和計算一體，把計算單元和所需要的存儲空間緊密整合，擁有非常多一樣的“小核”，每個(gè)“小核”中又擁有1000個(gè)神經(jīng)元，每一個(gè)神經(jīng)元又可以和另外1000個(gè)神經(jīng)元相互連接，這樣的架構被稱(chēng)為“同構多核”，類(lèi)似人腦中突觸的概念。

“Loihi這樣的一個(gè)小芯片已經(jīng)可以模擬人腦的13萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，并且可以產(chǎn)生1.3億個(gè)突觸，所以這已經(jīng)是一個(gè)高度復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )拓撲了，”宋繼強說(shuō)到。

神經(jīng)擬態(tài)芯片也是真正的“綠色”芯片。據宋繼強介紹，Loihi不僅體積小，同時(shí)采用異步電路設計，只有工作的神經(jīng)元才會(huì )啟動(dòng)，其他的則處于休眠狀態(tài)，可以實(shí)現非常高的能效比。

Loihi芯片靈活的架構支持多種事件驅動(dòng)的自學(xué)習模式。除了深度學(xué)習中無(wú)監督學(xué)習模式和監督學(xué)習模式，Loihi還支持自監督學(xué)習，即關(guān)聯(lián)不同的事件產(chǎn)出它們的前后因果順序，并且進(jìn)行強化。除此之外，Loihi還支持強化學(xué)習，即利用觀(guān)察到的事件和決策之間反復迭代，從而得出“最優(yōu)解”，這種學(xué)習模式非常適用于自動(dòng)駕駛和機器人領(lǐng)域。

目前，英特爾最新的神經(jīng)擬態(tài)系統Pohoiki Springs擁有768個(gè)Loihi芯片，提供1億個(gè)神經(jīng)元，已經(jīng)相當于一個(gè)小倉鼠的大腦。

宋繼強在演講最后表示：“英特爾的宏旨是通過(guò)創(chuàng )造改變世界的技術(shù)，造福地球上每一個(gè)人。希望通過(guò)超異構計算以及神經(jīng)擬態(tài)計算，以及開(kāi)源的技術(shù)和平臺，能夠讓新技術(shù)快速覆蓋全球，產(chǎn)生造福人類(lèi)的技術(shù)?！?/p>

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