Intel представил второе поколение нейрочипов

Процессор построен на таких же принципах, что и нервная система живых организмов. Он состоит из множества отдельных «нейронов», которые способны обрабатывать большое количество входящих сигналов и выдавать один результирующий сигнал. Такой подход к вычислениям называется нейроморфным. Intel вместе с исследователями из IBM, HP, Массачусетского технологического института и Стэнфордского университета хотят разработать вычислительную систему, которая будет в 1000 раз более мощной, чем лучшая из существующих сейчас.   

Процессоры и ПО заточены на выполнение так называемых задач на ограничение. Например, решить, как оптимальным образом использовать какое-то ограниченное количество ресурсов. Для их решения нужно перебирать большое количество возможных вариантов, чтобы определить те, которые наилучшим образом вписываются в данные ограничения. В этот тип задач также входят проблемы поиска похожих изображений и нахождение самых коротких маршрутов.

За последние два года Intel продемонстрировал, как нейроморфные чипы могут быть использованы для классификации различных запахов, управления роботом-манипулятором или создании искусственной кожи для роботов, которая может передавать тактильные сигналы.

Последний проект заслуживает более детального описания. Инженеры Intel вместе с учеными из Национального университета Сингапура создали «электронную кожу», которая способна обнаруживать прикосновения в 1000 раз быстрее, чем нервная система человека. Она в состоянии передать информацию о форме, текстуре и твердости предмета, которого коснулась, всего лишь за 10 миллисекунд. Она состоит из множества отдельных модулей, устойчива к различным внешним воздействиям и способна передавать сигналы до тех пор, пока функционирует хоть один сенсор. Этот проект позволяет снабдить роботов еще одним каналом для восприятия окружающего мира — тактильным. Сейчас большинство систем могут полагаться только на видео-камеры, лидары и гироскопы. Тактильный канал существенно расширяет область применения роботов: у них появляется способность, например, хватать незнакомые предметы с нужной силой, не повреждая их и не давая им выскользнуть из манипулятора. Но традиционные процессоры не подходят для обработки миллиардов сигналов, которые поступают от «кожи» в систему, в реальном режиме времени. С таким потоком информации справляется только нейроморфная архитектура. И она показывает неплохие результаты: например, связка «электронная кожа» плюс процессор Loihi смогла распознать шрифт Брайля с точностью 95%, использовав при этом в 1000 раз меньше электроэнергии, чем аналогичная система, построенная на графических ускорителях.

По заявлению Intel, компания учла накопленный за три года выпуска чипов предыдущего поколения опыт. На новом чипе размещен 1 миллион «нейронов», а его выпуск происходит на основе экспериментального для Intel технологического процесса 4 нанометра. Новый чип должен быть в 10 раз производительней старого, а плотность элементов на нем будет в 15 раз больше. 

Майк Дэвис, директор по нейроморфным вычислениям Intel, заявляет, что компании удалось в 60 снизить время выполнения типичных задач, с которыми сталкиваются приложения, основанные на архитектуре нейронных сетей: «Второе поколение чипов в значительной степени повышает скорость, расширяет возможности для программирования и увеличивает мощность нейроморфных систем, что открывает для них новые горизонты применения».

Например, процессоры Loihi 2 могут использоваться для решения задач по оптимизации в реальном режиме времени, что существенно повышает его ценность для бизнеса. В его архитектуре предусмотрены возможности для аппаратного ускорения типичных задач, которые встречаются при обучении нейронных сетей. Это позволяет не только повысить быстродействие на таких задачах, но и снизить электропотребление. У системы есть интерфейсы для интеграции с камерами и другими датчиками, что позволяет использовать эти процессоры не только в традиционных форм-факторах, например, серверных стойках или десктопах, но и в роботах и промышленном оборудовании. 

Фреймворк Lava должен, по мысли инженеров Intel, закрыть потребность единой системе ПО для разработки систем нейроморфных вычислений. Он предоставляет исследователям и программистам общий набор инструментов, методов и библиотек, которые можно запускать как на новых нейроморфных чипах, так и на процессорах с более традиционной архитектурой. Разработчики могут создавать программы, исполняя их на обычных процессорах, а затем запускать их на специальном «железе».

Многие корпорации уже проявили свой интерес к чипам на новой архитектуре. Среди них Lenovo, Logitech, Mercedes-Benz. Они планируют использовать их, чтобы ускорить выполнение некоторых задач в своих системах. Например, при создании промышленных роботов или поиске похожей информации в крупных базах данных. 

В прошлом году Accenture провела тест по распознаванию голосовых команд в различных системах: первая группа оборудования была построена на базе графических ускорителей, вторая — на нейроморфных процессорах. Исследователи пришли к выводу, что энергопотребление уменьшается на три порядка, а скорость обработки одного запроса — на 200 миллисекунд. Mercedes-Benz сейчас планирует использовать новые процессоры в мультимедийных системах своих автомобилей, чтобы повысить точность распознавания команд водителя и пассажиров. Еще ряд компаний рассматривают возможность применения новых процессоров в системах «умный дом» и интерактивных автоматизированных точках продаж. 

В октябре 2020 года Intel подписала трехлетнее соглашение с американской национальной исследовательской лабораторией Sandia в Альбукерке. Его цель — изучить ценность новых процессоров для нужд ученых из Минэнерго США, которые заняты проблемами оптимизации процессов в атомной и традиционной энергетике.

Системы на процессорах Loihi 2 вначале будут доступны исследователям из 150 компаний, которые входят в консорциум по разработке нейроморфных вычислений. Для использования предоставят две системы. Первая — Oheo Gulch представляет собой систему с одним новым чипом, задачи которой можно пересылать удаленно. Вторая — Kapoho Point будет состоять из восьми процессоров и должна вступить в строй уже к ноябрю 2021 года.