二、類腦芯片雖面世 但大規(guī)模商用進(jìn)展緩慢

相比于依靠馮諾依曼結(jié)構(gòu)的GPU、FPGA、ASIC來(lái)說(shuō)，類腦芯片是一種相對(duì)處于概念階段的集成電路。目前面世的類腦芯片并不多，更不要說(shuō)大規(guī)模的商業(yè)化了。

美國(guó)為保持技術(shù)優(yōu)勢(shì)，率先發(fā)起類腦計(jì)算芯片的相關(guān)研究工作，通過(guò)模仿人腦工作原理，使用神經(jīng)元和突觸的方式替代傳統(tǒng)馮諾依曼架構(gòu)體系，使芯片能夠進(jìn)行異步、并行、低速和分布式處理信息數(shù)據(jù)，并具備自主感知、識(shí)別和學(xué)習(xí)的能力。因此市面上第一款類腦芯片就來(lái)自于美國(guó)的IBM公司。

1、IBM TrueNorth（SyNAPSE芯片）

2011年8月，IBM率先在類腦芯片上取得進(jìn)展，他們?cè)谀M人腦大腦結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，研發(fā)出兩個(gè)具有感知、認(rèn)知功能的硅芯片原型。但因技術(shù)上的限制，IBM戲稱第一代TrueNorth為“蟲(chóng)腦”。2014年TrueNorth第二代誕生，它使用了三星的28nm的工藝，共用了54億個(gè)晶體管，其性能相比于第一代有了不少提升。功耗每平方厘米消耗僅為 20 毫瓦，是第一代的百分之一，直徑僅有幾厘米，是第一代的十五分之一。

（IBM Truenorth芯片）

每個(gè)核都簡(jiǎn)化模仿了人類大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)，包含256個(gè)“神經(jīng)元”（處理器）、256個(gè)“軸突”（存儲(chǔ)器）和64000個(gè)突觸（神經(jīng)元和軸突之間的通信）?？傮w來(lái)看，TrueNorth芯片由4096 個(gè)內(nèi)核，100 萬(wàn)個(gè) “神經(jīng)元”、2.56 億個(gè) “突觸” 集成。此外，不同芯片還可以通過(guò)陣列的方式互聯(lián)。

IBM稱如果 48 顆TrueNorth芯片組建起具有 4800 萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)，那這48顆芯片帶來(lái)的智力水平將相似于普通老鼠。

從2014年亮相后，這款芯片一直沒(méi)有大的動(dòng)作。不久前，TrueNorth終于傳出了新進(jìn)展，有報(bào)道稱IBM公司即將開(kāi)發(fā)由64個(gè)“TrueNorth”類腦芯片驅(qū)動(dòng)的新型超級(jí)計(jì)算機(jī)。這一計(jì)算機(jī)能進(jìn)行大型深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)分析，可用于高速空中真假目標(biāo)的區(qū)分，并且功耗比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)芯片降低4個(gè)數(shù)量級(jí)。如果該系統(tǒng)功耗可以達(dá)到人腦級(jí)別，那么理論上就可以在64顆芯片原型基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展，從而能夠同時(shí)處理任何數(shù)量的實(shí)時(shí)識(shí)別任務(wù)。

2、英特爾Loihi芯片

（英特爾神經(jīng)擬態(tài)芯片Loihi）

幾日前的CES上芯片巨頭英特爾展示了其首款自學(xué)習(xí)神經(jīng)元芯片Loihi，去年9月英特爾就曾宣稱歷時(shí)十年研究設(shè)計(jì)出了這款芯片的原型。Loihi芯片可以像人類大腦一樣，通過(guò)脈沖或尖峰傳遞信息，并自動(dòng)調(diào)節(jié)突觸強(qiáng)度，通過(guò)環(huán)境中的各種反饋信息，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、下達(dá)指令。據(jù)英特爾方面稱Loihi內(nèi)部包含了128個(gè)計(jì)算核心，每個(gè)核心集成1024個(gè)人工神經(jīng)元，總計(jì)13.1萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，彼此之間通過(guò)1.3億個(gè)突觸相互連接。

相比于人腦內(nèi)的800多億個(gè)神經(jīng)元，Intel這款芯片的運(yùn)算規(guī)模僅僅比蝦腦大一點(diǎn)。但根據(jù)英特爾給出的數(shù)據(jù)Loihi的學(xué)習(xí)效率比其他智能芯片高100萬(wàn)倍，而在完成同一個(gè)任務(wù)所消耗的能源可節(jié)省近1000倍。

3、高通Zeroth芯片

芯片巨頭高通也在進(jìn)行類腦芯片的研發(fā)，早在2013年高通就曾公布一款名為Zeroth的芯片，Zeroth不需要通過(guò)大量代碼對(duì)行為和結(jié)果進(jìn)行預(yù)編程，而是通過(guò)類似于神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)多巴胺的學(xué)習(xí)（又名“正強(qiáng)化”）完成的。高通為了讓搭載該芯片的設(shè)備能隨時(shí)自我學(xué)習(xí)，并從周圍環(huán)境中獲得反饋，還為此開(kāi)發(fā)了一套軟件工具。在公布的資料中高通還用裝載該芯片的機(jī)器小車進(jìn)行了演示，使小車在受人腦啟發(fā)的算法下完成尋路、躲避障礙等任務(wù)。

國(guó)內(nèi)也開(kāi)始了類腦芯片的研究，除清華等知名高校開(kāi)設(shè)研究院外，也出現(xiàn)了專注類腦芯片研發(fā)的創(chuàng)企，代表企業(yè)如上海的西井科技。

4、西井科技DeepSouth芯片

西井科技是國(guó)內(nèi)研究類腦強(qiáng)人工智能的公司，目前西井已推出了自主研發(fā)的擁有100億規(guī)模的神經(jīng)元人腦仿真模擬器（Westwell Brain）和可商用化的5000 萬(wàn)類腦神經(jīng)元芯片（DeepSouth）兩款產(chǎn)品。 DeepSouth 是一款可商用化的芯片，它能模擬出高達(dá) 5000 萬(wàn)級(jí)別的“神經(jīng)元”，總計(jì)有 50 多億“神經(jīng)突觸”。據(jù)西井CEO譚黎敏稱，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(guò)網(wǎng)絡(luò)連接后臺(tái)服務(wù)器，可在“無(wú)網(wǎng)絡(luò)”情況下使用。

能耗方面，DeepSouth 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。

5、浙大“達(dá)爾文”類腦芯片

（浙大和杭州電子科技共同研發(fā)的“達(dá)爾文”芯片）

2015年一群來(lái)自浙江大學(xué)與杭州電子科技大學(xué)的年輕的研究者們研發(fā)出一款成為達(dá)爾文的類腦芯片。這款芯片是國(guó)內(nèi)首款基于硅材料的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類腦芯片?！斑_(dá)爾文”芯片面積為25平方毫米，比1元硬幣還要小，內(nèi)含500萬(wàn)個(gè)晶體管。芯片上集成了2048個(gè)硅材質(zhì)的仿生神經(jīng)元，可支持超過(guò)400萬(wàn)個(gè)神經(jīng)突觸和15個(gè)不同的突觸延遲。

據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)介紹說(shuō)，這款芯片可從外界接受并累計(jì)刺激，產(chǎn)生脈沖（電信號(hào)）進(jìn)行信息的處理和傳遞，這如我們前面提到的人類神經(jīng)元間的信息傳遞一樣。研發(fā)人員還為“達(dá)爾文”開(kāi)發(fā)了兩款簡(jiǎn)單的智能應(yīng)用。一是這款芯片可識(shí)別不同人手寫(xiě)的1-10這10個(gè)數(shù)字，二是“達(dá)爾文”在接受了人類腦電腦后，可控制電腦屏幕上籃球的移動(dòng)方向。在熟悉并學(xué)習(xí)了操作者的腦電波后，“達(dá)爾文”會(huì)在后續(xù)接受相同刺激時(shí)做出同樣反映。

6、AI-CTX芯片

此外，國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了一些小型的類腦芯片研究團(tuán)隊(duì)，如AI-CTX團(tuán)隊(duì)。據(jù)稱他們目前設(shè)計(jì)出了一款類腦芯片模型，不僅每個(gè)神經(jīng)元都具有跟人腦神經(jīng)元類似的電學(xué)特征與動(dòng)態(tài)參數(shù)，具有簡(jiǎn)單的運(yùn)算與存儲(chǔ)功能。他們還采用了一種特殊的布線方式，使各芯片之間的交流突破物理限制，進(jìn)而增加芯片群組的原有網(wǎng)絡(luò)。這一芯片不適合處理靜態(tài)硬盤(pán)數(shù)據(jù)，但擅長(zhǎng)處理如溫度、氣壓、人體信號(hào)、loT等包含時(shí)間參數(shù)的數(shù)據(jù)。

雖然目前市面上出現(xiàn)了幾款類腦芯片，但其在計(jì)算力上還不及傳統(tǒng)架構(gòu)芯片快。為了提升計(jì)算機(jī)對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)的運(yùn)算效率，芯片企業(yè)現(xiàn)在最常見(jiàn)的做法就是基于傳統(tǒng)芯片架構(gòu)，搭載人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從功能上模擬人腦計(jì)算的GPU、FPGA·、ASIC三種芯片，加上類腦芯片，并稱為AI芯片。智東西曾利用過(guò)去的一年時(shí)間，深入到芯片產(chǎn)業(yè)鏈上下游，遍訪AI芯片各大公司以及創(chuàng)企，并進(jìn)行過(guò)詳細(xì)細(xì)致的報(bào)道。深入企業(yè)涉及英偉達(dá)、谷歌、聯(lián)發(fā)科等。