在山河縣附近的實(shí)驗室里，IBM建造了一個(gè)嚙齒動(dòng)物大腦的大致等價(jià)物。它橫跨48個(gè)該公司的實(shí)驗性真北芯片，這種新品種處理器模擬大腦的生理構造單元。/ IBM
Dharmendra Modha領(lǐng)我到房間前面讓我湊近細看，這貨和浴室藥柜差不多大，支在墻邊一個(gè)架子上。透過(guò)透明外殼，可以看到內部的芯片、電路板和彩色燈光，看上去像是七十年代科幻電影里的道具，但Modha卻描述它為“你正在看著(zhù)一只小型嚙齒動(dòng)物”。
他的意思是一只小型嚙齒動(dòng)物的大腦——至少，其數碼等價(jià)物。里面這些芯片設計成模仿神經(jīng)元行為，這是生物大腦的基本構造單元。Modha說(shuō)面前的系統橫跨四千八百萬(wàn)個(gè)這樣的人工神經(jīng)細胞，大致上是一只嚙齒動(dòng)物腦部的神經(jīng)元數量。
Modha負責創(chuàng )造了這些“神經(jīng)形態(tài)”芯片的IBM認知計算組。在硅谷遠端的IBM研發(fā)實(shí)驗室舉行著(zhù)為時(shí)三個(gè)星期面向學(xué)術(shù)和政府研究人員的“培訓營(yíng)”，這是他和他的團隊第一次向外部世界分享他們這一不尋常的造物。房間前面的數碼嚙齒動(dòng)物大腦插著(zhù)各人的筆記本電腦，這群來(lái)源廣泛的計算機科學(xué)家們正在探索該IBM架構的特色，并開(kāi)始給這個(gè)叫做“真北”(TrueNorth)的芯片構建軟件。
“我們想盡可能地接近大腦，同時(shí)保持靈活性?！?/strong>
— DHARMENDRA MODHA, IBM
一些上月在科羅拉多的工程交流會(huì )上手了該芯片的研究者已經(jīng)制作出了軟件，可以鑒定圖像、識別語(yǔ)音，以及理解自然語(yǔ)言?；旧?，他們使用該芯片跑“深度學(xué)習”算法，同樣的算法正驅動(dòng)著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)上最新的人工智能服務(wù)，包括Facebook的認臉算法和Skype的實(shí)時(shí)翻譯。但IBM芯片的潛力是它能在更小的空間里用相當節約的電力跑這些算法，讓我們能把更多的AI塞進(jìn)手機和其它微型設備里，包括助聽(tīng)器和手表等。
“神經(jīng)突觸架構能帶給我們什么？它使我們能用非常、非常低的耗電做諸如圖像分類(lèi)的事情，它讓我們在新環(huán)境里應對新問(wèn)題?！痹趧趥愃埂だツ獱枃覍?shí)驗室研究深度學(xué)習國家安全方面應用的計算機科學(xué)家Brian Van Essen這樣說(shuō)。
真北是一場(chǎng)試圖完善驅動(dòng)深度學(xué)習和其它AI服務(wù)的硬件的廣泛運動(dòng)的一部分。谷歌、面本、微軟等公司正在用機器的GPU(原本用來(lái)渲染圖像的芯片)來(lái)跑他們的算法，并且他們正在向FPGA(能為特定任務(wù)編程的芯片)遷移。對于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和蘇黎世大學(xué)皮質(zhì)計算組的博士生Peter Diehl來(lái)說(shuō)，因為真北耗電極少，它在某些情況下表現超過(guò)GPU和FPGA。
密歇根大學(xué)計算機科學(xué)教授Jason Mars說(shuō)，主要的差別在于，真北和深度學(xué)習算法契合得相當好。這些算法以IBM芯片同樣的方式模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，重現大腦中的神經(jīng)元和突觸，兩者很好地相互映射?！霸撔酒o你一種高效率執行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的方式.?！盡ars這樣說(shuō)道。他回絕了這個(gè)月的培訓邀請，但一直在密切關(guān)注芯片的進(jìn)展。
雖說(shuō)這樣，真北芯片只適合部分深度學(xué)習過(guò)程——至少對于今天的芯片來(lái)說(shuō)——有些人還質(zhì)疑它的影響會(huì )有多大。雖然IBM現在正與外界分享該芯片，它離市場(chǎng)還有好幾年。但對Modha來(lái)說(shuō)，這是理所當然的，正如他所說(shuō)：“我們正在為顯著(zhù)變革奠定基礎?！?/p>
Peter Diehl
Peter Diehl最近出了趟國，那里的網(wǎng)路連接不大好，他的體驗對比鮮明地映照出今天AI的局限性。沒(méi)有了互聯(lián)網(wǎng)，他就用不了Google Now之類(lèi)服務(wù)，它們在語(yǔ)音識別和自然語(yǔ)言處理上應用了深度學(xué)習，因為大多數計算不是在手機而是Google的遠程服務(wù)器上進(jìn)行，“整個(gè)系統就崩壞了，”他說(shuō)。
所以說(shuō)，深度學(xué)習需要巨量的處理能力，這種處理能力通常由手機通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接上巨型數據中心提供，而不是在單個(gè)設備上本地進(jìn)行。真北背后的想法是，它能有助于至少把部分處理能力轉移到手機和其它個(gè)人設備上，這樣就能顯著(zhù)擴大AI對普通大眾的可用性。
要理解這一點(diǎn)，你需要理解深度學(xué)習的工作方式，它分兩階段進(jìn)行。首先，Google和Facebook等公司必須訓練一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )執行特定任務(wù)，例如，如果他們想要自動(dòng)鑒別貓照片，它們就必須把成筐硬盤(pán)的貓照片喂給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，然后，一旦模型經(jīng)過(guò)訓練，另一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )必須來(lái)實(shí)際執行任務(wù)。你給出一張照片，系統就告訴你里面有沒(méi)有貓。真北今天的存在形態(tài)，就是旨在促進(jìn)這第二階段。
一旦模型在巨型數據中心里經(jīng)過(guò)訓練，芯片就幫助你執行該模型。因為它又小又如此省電，它能被裝進(jìn)手持設備里。由于不需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送數據，這就讓你能更快地做更多事情。如果它被廣泛使用，就能解除數據中心的很大負擔。Mars說(shuō)：“這就是未來(lái)，我們會(huì )看到更多處理跑在設備上?！?/p>
Google最近討論了在手機上跑神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的努力，但對Diehl來(lái)說(shuō)，真北能把該概念再推進(jìn)幾步。他解釋說(shuō)，區別是芯片和深度學(xué)習算法高度契合。每個(gè)芯片模擬約一百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，它們能通過(guò)類(lèi)似突觸的結構互相通信，而突觸是大腦內神經(jīng)元間的連接。
“硅片的運作方式和構成我們大腦的物質(zhì)是非常不同的?！?/strong>
該設定和你當前在市場(chǎng)上見(jiàn)到的GPU、FPGA等芯片很是不同，這些芯片連線(xiàn)用來(lái)執行特定的“指令”，而真北操控“尖峰”，這是與大腦中的電脈沖類(lèi)似的更簡(jiǎn)單的信息片斷。例如，尖峰能顯示人說(shuō)話(huà)時(shí)的嗓音變化，或者照片中像素間的顏色變化?！澳憧梢园阉胂蟪梢粋€(gè)神經(jīng)元發(fā)給另一個(gè)的單比特消息?！毙酒氖紫O計師之一Rodrigo Alvarez-Icaza這樣說(shuō)。
其結果就是一個(gè)耗電更少的簡(jiǎn)單得多的架構。盡管芯片包含54億個(gè)晶體管，它只消耗約70毫瓦功率。相比之下，一個(gè)標準的Intel電腦處理器包括14億個(gè)晶體管，消耗35到140瓦。即使是驅動(dòng)智能手機的ARM芯片耗電也比真北多幾倍。
當然，使用這種芯片也需要新品種的軟件。這就是Diehl等研究者在真北培訓營(yíng)里正在探索的，它從八月初開(kāi)始，在加州山河縣的IBM研究實(shí)驗室還要再持續一個(gè)星期。在某些情況下，研究者們把現有代碼翻譯成芯片能讀懂的“尖峰”(然后再翻譯回來(lái))，但他們也在為芯片構建原生代碼。
和這些研究者一樣，Modha主要用生物學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)討論真北。神經(jīng)元。軸突。突觸。尖峰。當然，芯片在某些方面就是這些濕件的鏡像，但類(lèi)比也有其局限。深度學(xué)習創(chuàng )業(yè)公司Skymind聯(lián)合創(chuàng )始人Chris Nicholson說(shuō)：“這類(lèi)說(shuō)法總是令人警惕，硅片的運作方式和構成我們大腦的物質(zhì)是非常不同的?！?/p>
Modha也承認如此。當他在2008年接受?chē)啦垦芯糠种ARPA的5350萬(wàn)美元資助開(kāi)始該項目時(shí)，目標是用完全不同種類(lèi)的芯片材料以更完整的方式模擬大腦。但在某個(gè)時(shí)候，他意識到這不會(huì )很快發(fā)生，“野心必須與現實(shí)相平衡”，他說(shuō)。
在2010年因為豬流感而倒下期間，他意識到前進(jìn)的最佳道路是松散模擬大腦的芯片架構——一個(gè)隨著(zhù)新硬件材料研發(fā)能最終以更完整的方式重現大腦的架構。他說(shuō)：“你并不需要對神經(jīng)元的基礎物理、化學(xué)和生物進(jìn)行建模才能引發(fā)有用的計算，我們想盡可能地接近大腦，同時(shí)保持靈活性?！?/p>
這就是真北。它不是一個(gè)數字大腦，但它是通往數字大腦的一步。隨著(zhù)IBM培訓營(yíng)的舉行，該項目正在加速。房間前面的這臺機器實(shí)際上是48臺分離的機器，每臺圍繞其真北芯片而構建。下周，當培訓營(yíng)結業(yè)時(shí)，Modha會(huì )分開(kāi)它們，讓所有這些學(xué)者和研究者們帶回自己橫跨五大洲30多個(gè)機構的實(shí)驗室。Modha指著(zhù)一房間研究者們說(shuō)：“人類(lèi)使用技術(shù)來(lái)改造社會(huì )，說(shuō)的就是這些人?！?/p>
聯(lián)系客服
