中新网北(bei)京6月1日电 (记者(zhe) 孙自法)如何借鉴人脑的低功耗特性发展(zhan)新型智能(neng)计算系统(tong)？这是人工智能(neng)领域颇受关注的重要研究方向。
中国(guo)科学院自动化(hua)研究所6月1日向媒(mei)体发布消息说，该所李国(guo)齐、徐波研究员团(tuan)队与合作者(zhe)共同研发出(chu)一套能(neng)够(gou)实现动态计算的算法-软件-硬件协同设计的、低功耗的类脑神(shen)经形(xing)态系统(tong)级芯片Speck，展(zhan)示(shi)出(chu)类脑神(shen)经形(xing)态计算在融(rong)合高(gao)抽象层(ceng)次大脑机制时的天然优势。
本次研究的类脑神(shen)经形(xing)态系统(tong)级芯片Speck设计框架。中国(guo)科学院自动化(hua)研究所/供图
这项人工智能(neng)领域重要研究成果(guo)论(lun)文，近日在国(guo)际(ji)学术期刊(kan)《自然-通讯》(Nature Communications)发表。该研究实践证(zheng)实高(gao)、低抽象层(ceng)次大脑机制的融(rong)合能(neng)进一步激发类脑计算潜力(li)，将为未来将大脑进化(hua)过程中产生的各种高(gao)级神(shen)经机制融(rong)合至神(shen)经形(xing)态计算提供启发。
论(lun)文通讯作者(zhe)李国(guo)齐研究员介绍说，人脑能(neng)够(gou)运行非常复杂且庞大的神(shen)经网络，总功耗却仅为20瓦，远小于(yu)现有的人工智能(neng)系统(tong)。因此，在算力(li)比拼加速，能(neng)耗日益攀(pan)升的今日，借鉴人脑的低功耗特性发展(zhan)新型智能(neng)计算系统(tong)成为极具潜力(li)的方向。
本次研究基于(yu)的人脑中的注意力(li)机制示(shi)意图。中国(guo)科学院自动化(hua)研究所/供图
在本项研究中，合作团(tuan)队提出(chu)“神(shen)经形(xing)态动态计算”的概念，通过设计一种类脑神(shen)经形(xing)态芯片Speck来实现基于(yu)注意力(li)机制的动态计算，在硬件层(ceng)面做到“没有输入，没有功耗”，在算法层(ceng)面做到“有输入时，根据输入重要性程度动态调(diao)整计算”，从而(er)在典(dian)型视觉场景任务功耗可低至0.7毫瓦，进一步挖掘出(chu)神(shen)经形(xing)态计算在性能(neng)和能(neng)效上的潜力(li)。
Speck是一款异步感(gan)算一体类脑神(shen)经形(xing)态系统(tong)级芯片，采用全异步设计，在一块芯片上集成了(le)动态视觉传感(gan)器(DVS相机)和类脑神(shen)经形(xing)态芯片，具有极低的静(jing)息功耗(仅为0.42毫瓦)。它能(neng)够(gou)以微秒级的时间分辨率感(gan)知视觉信息，以全异步方式设计抛弃(qi)了(le)全局时钟控制信号，避免时钟空翻带来的能(neng)耗开销，仅在有事件输入时才触发稀疏加法运算。
本次研究融(rong)合了(le)注意力(li)脉(mai)冲动态计算的类脑神(shen)经形(xing)态系统(tong)级芯片Speck原理示(shi)意图。中国(guo)科学院自动化(hua)研究所/供图
李国(guo)齐指(zhi)出(chu)，针对(dui)脉(mai)冲神(shen)经网络(SNN)在更高(gao)层(ceng)面，比如时间维度中不(bu)能(neng)根据输入难易度调(diao)整其脉(mai)冲发放等“动态失衡(heng)”问题，这项研究基于(yu)注意力(li)机制的神(shen)经形(xing)态脉(mai)冲动态计算框架，在多种粒度上实现对(dui)不(bu)同的输入进行有区分地动态响(xiang)应。同时，Speck软件工具链编(bian)程框架支持动态计算脉(mai)冲神(shen)经网络算法训练(lian)和部署。
该研究的实验结果(guo)表明，注意力(li)机制可使得脉(mai)冲神(shen)经网络具备动态计算能(neng)力(li)，即根据输入难易度调(diao)整其脉(mai)冲发放模式解决“动态失衡(heng)”问题，在显著降低功耗的同时，提升任务性能(neng)。在一个动态视觉传感(gan)数据集上，融(rong)合脉(mai)冲动态计算的Speck在任务精度提升9%的同时，平均功耗由9.5毫瓦降低至3.8毫瓦。(完(wan))