中新網北京6月1日電 (記者 孫自法)如何借鑒人腦的低功耗特性發(fā)展新型智能計算系統(tǒng)？這是人工智能領域頗受關注的重要研究方向。
中國科學院自動化研究所6月1日向媒體發(fā)布消息說，該所李國齊、徐波研究員團隊與合作者共同研發(fā)出一套能夠實現(xiàn)動態(tài)計算的算法-軟件-硬件協(xié)同設計的、低功耗的類腦神經形態(tài)系統(tǒng)級芯片Speck，展示出類腦神經形態(tài)計算在融合高抽象層次大腦機制時的天然優(yōu)勢。
本次研究的類腦神經形態(tài)系統(tǒng)級芯片Speck設計框架。中國科學院自動化研究所/供圖這項人工智能領域重要研究成果論文，近日在國際學術期刊《自然-通訊》(Nature Communications)發(fā)表。該研究實踐證實高、低抽象層次大腦機制的融合能進一步激發(fā)類腦計算潛力，將為未來將大腦進化過程中產生的各種高級神經機制融合至神經形態(tài)計算提供啟發(fā)。
論文通訊作者李國齊研究員介紹說，人腦能夠運行非常復雜且龐大的神經網絡，總功耗卻僅為20瓦，遠小于現(xiàn)有的人工智能系統(tǒng)。因此，在算力比拼加速，能耗日益攀升的今日，借鑒人腦的低功耗特性發(fā)展新型智能計算系統(tǒng)成為極具潛力的方向。
本次研究基于的人腦中的注意力機制示意圖。中國科學院自動化研究所/供圖在本項研究中，合作團隊提出“神經形態(tài)動態(tài)計算”的概念，通過設計一種類腦神經形態(tài)芯片Speck來實現(xiàn)基于注意力機制的動態(tài)計算，在硬件層面做到“沒有輸入，沒有功耗”，在算法層面做到“有輸入時，根據輸入重要性程度動態(tài)調整計算”，從而在典型視覺場景任務功耗可低至0.7毫瓦，進一步挖掘出神經形態(tài)計算在性能和能效上的潛力。
Speck是一款異步感算一體類腦神經形態(tài)系統(tǒng)級芯片，采用全異步設計，在一塊芯片上集成了動態(tài)視覺傳感器(DVS相機)和類腦神經形態(tài)芯片，具有極低的靜息功耗(僅為0.42毫瓦)。它能夠以微秒級的時間分辨率感知視覺信息，以全異步方式設計拋棄了全局時鐘控制信號，避免時鐘空翻帶來的能耗開銷，僅在有事件輸入時才觸發(fā)稀疏加法運算。
本次研究融合了注意力脈沖動態(tài)計算的類腦神經形態(tài)系統(tǒng)級芯片Speck原理示意圖。中國科學院自動化研究所/供圖李國齊指出，針對脈沖神經網絡(SNN)在更高層面，比如時間維度中不能根據輸入難易度調整其脈沖發(fā)放等“動態(tài)失衡”問題，這項研究基于注意力機制的神經形態(tài)脈沖動態(tài)計算框架，在多種粒度上實現(xiàn)對不同的輸入進行有區(qū)分地動態(tài)響應。同時，Speck軟件工具鏈編程框架支持動態(tài)計算脈沖神經網絡算法訓練和部署。
該研究的實驗結果表明，注意力機制可使得脈沖神經網絡具備動態(tài)計算能力，即根據輸入難易度調整其脈沖發(fā)放模式解決“動態(tài)失衡”問題，在顯著降低功耗的同時，提升任務性能。在一個動態(tài)視覺傳感數(shù)據集上，融合脈沖動態(tài)計算的Speck在任務精度提升9%的同時，平均功耗由9.5毫瓦降低至3.8毫瓦。(完)