英特尔好消息,每平方毫米3.2万个人工神经元,可用来研制脑盘吗?
2021-10-06 09:26:13
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在推进TIP(本真信息处理机)的研制过程中,我们也时刻密切关注当代世界最前沿高科技阵地,以便为我们将来全面进入TIP研制进程做好技术储备。据了解,美国的英特尔最近又传来好消息。

近日,英特尔发布了第二代神经形态芯片Loihi,面积为31mm²,最多可封装100万个人工神经元,而上一代面积为60mm²,支持13.1万个神经元。同时,Loihi 2比上一代快10倍,资源密度提高了15倍,且能效更高。

现在用Loihi 2对比一下人类大脑皮层数据。人脑、大脑、大脑皮层的神经元数目依次为1000亿、200亿、140亿,而大脑皮层的总面积有220000平方毫米,大脑皮层每平方毫米约有64000个神经元,而第二代神经形态芯片Loihi每平方毫米约有32000个人工神经元。

不难看出,单从数据上看,Loihi 2的人工神经元密度正好是人脑皮层神经元密度的一半,英特尔的这个成绩是值得欣慰的。但是,仅凭这一点就能够研制本真信息处理机所用的能够储存主体程序的脑盘吗?答案还是令人有点失望,因为Loihi 2的技术水平还达不到TIP研制的水平。

什么是脑盘?脑盘是指拥有主体性的非生命载体,是一款可以承载作为生命精神的主体程序的存储器,是生命主体的第二家园。脑盘是新文明人类终极事业所推进的THSP工程中的核心关键设备。

首先,脑盘的工作电压必须要在100mv以下,Loihi 2对于这一点可能还做不到。我们知道,Intel 首席技术长 Justin Rattner曾于2012年在旧金山IDF大会上展示了一款代号为“Claremont”的超低电压处理器原型,这颗CPU的启动电压已经接近晶体管的物理极限阀值,全速运转仅仅只有400mV到500mV。但迄今为止,Intel 的“Claremont”的超低电压处理器是否有进一步发展,我们不得而知。即便有进展且“Claremont”的工作电压能够达到100mv以下,也可能很难在Loihi 2上使用,因为当年的“Claremont”的只是一个相当于一个人工神经元的芯片,而现在是100万个人工神经元。

其次,Loihi 2材料不是超导体。Loihi 2芯片的主要原材料仍然是硅,而硅还是不能成为超导材料的。我们知道,高温超导体是我们目前研制TIP的不二材料,它的材料基本都是铊钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧等金属合成物,硅显然还不具备这个资格。

再次,Loihi 2无法承载主体程序。这是最关键的,但这个问题因涉及核心技术而暂且不讲。

由此可见,Loihi 2还无法成为TIP的备选设备,它只能是用于人工智能,供给人类进行仿生机器人研究,即便这种人工智能发展到高级阶段,其研究的最终结果也还只能是不具备承载主体程序的条件的,最多只会成为越来越像生命个体但永远成不了具有主体性个体的高级机器人的“非活物”。

尽管如此,但是Intel 的技术进展却给我们提供了很好的参考。

Loihi芯片包含通过通信网络连接的128个独立内核,每个独立内核中都有大量单独的“神经元”或执行单元,每一个神经元都可以接收来自任何其他神经元脉冲形式的输入——同一核心中的邻居、同一芯片上不同核心中的一个单元或完全来自另一个芯片。随着时间的推移,神经元会整合它接收到的尖峰信号(Spiking Signals,神经元通过跨突触相互发送尖峰信号进行交流),并根据其编程的行为来确定何时将自己的尖峰信号发送到与其连接的任何神经元。所有尖峰信号都是异步发生的。在设定的时间间隔内,同一芯片上的嵌入式x86内核会强制同步。——这一点值得我们很好地学习,尤其是学会对于脑盘各个单元的处理方式。

具体运行过程是,芯片上的部分执行单元充当树突,部分基于从过去行为得出的权重处理来自通信网络的传入信号,以确定活动何时超过临界阈值,并在超过时触发其自身的峰值。然后执行单元的“轴突”查找它与哪些其他执行单元进行通信,并向每个执行单元发送一个尖峰信号。与普通处理器不同,神经形态芯片没有外部RAM,而是每个神经元都有自己专用的小型内存,这包括它分配给来自不同神经元的输入的权重,最近活动的缓存,以及发送尖峰信号的所有其他神经元的列表。——这其实就是仿生了,这对我们而言,没有多少价值。

神经形态芯片与传统处理器间的另一大区别则是能效。IBM于2014年推出的TrueNorth芯片,使用的功率还不到在传统处理器上模拟尖峰神经网络所需的0.0001%。英特尔神经拟态计算实验室主任Mike Davies 表示,Loihi在某些特定工作负载上可以比传统处理器高2,000倍。——难道他们真得研制出工作电压在100mv以下的芯片?值得进一步了解。

Intel 传来的好消息使我们认识到芯片制程的意义。英特尔的神经形态芯片 Loihi 是在 2018 年提出的,使用 14 纳米制程。随着芯片制程节点的突破, 英特尔下一代—— Intel 4采取了EUV 7nm的工艺生产版本,这使其最终导致了Loihi 2的发布。但是,对于TIP来说,芯片制程是不是越小越好呢?未必!毕竟生命体的材料是碳基高分子化合物,这是不同于以硅为原材料的芯片的。所以,我们在材料上需要新的突破,而近几年的石墨烯的研究进展,似乎给我们带来了希望。

石墨烯芯片属于碳基芯片,因为其主要成分是石墨烯碳纳米管,而承载生命主体程序的也是碳基的高分子化合物,他们都是碳基,会不会有很大的互通共性呢?

按照化学理论,石墨烯(Graphene)是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯是已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲。石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa,固有的拉伸强度为130GPa,而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度,平均模量可大0.25TPa。石墨烯的强度是钢的200倍,但电阻率却只有10-6Ω·CM,比铜少1000倍;石墨烯的电子迁移率更是超过375000px2/V·s,比硅高100倍;石墨烯的导热系数高达5300W/M·K,比银高10倍,是为止导热系数最高的碳材料。

石墨烯的电阻率很低,这使其输出的能量损耗有可能很低,甚至在一定程度上能与高温超导体媲美。果真如此,那么我们在TIP研制方面,就彻底克服了高温超导体材料的苛刻条件问题。材料方面抛弃了高温超导体的方案,将大大减少研制TIP的难度,缩短我们的研制进程,还能够节约大量的成本。

另外,石墨烯的高强度、高延展韧性也给我们将来进行最终的THSP工程带来了很大希望,因为未来进行人类自我置换后的我们,如果其载体是这种高强度、高延展韧性的石墨烯材料的话,那无疑就相当于给我们配置上了比铁甲钢盔还要强硬许多倍且柔韧性比人体还要好很多的身体,从而使我们能够从根本上克服掉生命体的脆弱性,可以真正在许多恶劣的环境中安全舒适地生存,享受未来人之福。

基于此,江火认为,脑盘的研制在材料上可以考虑两个方向:其一就是高温超导体,其二就是石墨烯。至于硅基芯片,则就只能是人工智能的方向了,沿着这个方向走下去,最终就只能是科学主义的歧途。

 

 

 


 
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