MIT宣布新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片功耗降低95%

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常強(qiáng)大，但是它們需要大量的能量。麻省理工學(xué)院的工程師們現(xiàn)開(kāi)發(fā)出了一種新的芯片，可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功耗降低95%，這也許會(huì)使得其可在電池驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行。

如今智能手機(jī)正變得越來(lái)越智能，提供了越來(lái)越多的人工智能服務(wù)，如數(shù)字助理和實(shí)時(shí)翻譯。但是，為這些服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常都在云端，智能手機(jī)的數(shù)據(jù)也是在云端來(lái)回傳輸。

這并不是一種理想的狀態(tài)，因?yàn)檫@需要大量的通信帶寬，并且這意味著潛在的敏感數(shù)據(jù)正在被傳輸并存儲(chǔ)在不受用戶控制的服務(wù)器上。但是，圖形處理器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行需要大量的能量，這使得在電池電量有限的設(shè)備上運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不切實(shí)際。

麻省理工學(xué)院的工程師們現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一種芯片，可以大幅降低芯片內(nèi)存和處理器之間來(lái)回傳輸數(shù)據(jù)的需求，從而降低95%的功耗。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由成千上萬(wàn)個(gè)一層層相互連接的人工神經(jīng)元組成。每個(gè)神經(jīng)元接收來(lái)自其下一層的多個(gè)神經(jīng)元的輸入，并且如果這一組合輸入通過(guò)了一個(gè)特定的閾值，它就會(huì)將輸出傳送到上層的多個(gè)神經(jīng)元上。神經(jīng)元之間的連接強(qiáng)度是由在訓(xùn)練期間設(shè)定的權(quán)重控制的。

這意味著，對(duì)于每個(gè)神經(jīng)元，芯片必須檢索特定連接的輸入數(shù)據(jù)和來(lái)自內(nèi)存的連接權(quán)重，將它們相乘，存儲(chǔ)結(jié)果，然后在每一次輸入時(shí)重復(fù)這個(gè)過(guò)程。這需要大量的數(shù)據(jù)移動(dòng)，也因此需要消耗大量的能量。麻省理工學(xué)院的新芯片另辟蹊徑，使用模擬電路，在內(nèi)存中并行計(jì)算所有輸入。這大大減少了需要被推進(jìn)的數(shù)據(jù)量，并最終能節(jié)省大量的能源。這種方法要求連接的權(quán)重為二進(jìn)制而不是一系列的值，但是先前的理論工作表明這不會(huì)對(duì)芯片的準(zhǔn)確性造成太大影響，研究人員發(fā)現(xiàn)芯片的結(jié)果基本上包括在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的傳統(tǒng)非二進(jìn)制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的2%到3%之內(nèi)。

這并不是研究人員第一次在內(nèi)存中創(chuàng)建處理數(shù)據(jù)的芯片，以減少神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功耗，但這是第一次使用這種方法來(lái)運(yùn)行基于圖像的人工智能應(yīng)用程序的強(qiáng)大的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。IBM人工智能副總裁達(dá)里奧·吉爾在一份聲明中說(shuō)：“研究結(jié)果顯示，在使用內(nèi)存陣列進(jìn)行卷積運(yùn)算時(shí)，它的性能令人印象深刻。它肯定會(huì)為未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的圖像和視頻分類(lèi)提供更復(fù)雜的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?！?/p>

然而，不僅僅是研究小組在研究這個(gè)問(wèn)題。讓智能手機(jī)、家用電器、各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等設(shè)備搭載人工智能的愿望，正驅(qū)使著硅谷的大佬們紛紛轉(zhuǎn)戰(zhàn)低功耗人工智能芯片。

蘋(píng)果已經(jīng)將其N(xiāo)eural Engine芯片整合到iPhone X中，以增強(qiáng)其面部識(shí)別技術(shù)等功能。據(jù)傳，亞馬遜正在為下一代Echo數(shù)字助手開(kāi)發(fā)自己的定制AI芯片。大型芯片公司也越來(lái)越傾向于支持像機(jī)器學(xué)習(xí)這樣的高級(jí)功能，這也迫使他們讓設(shè)備升級(jí)，變得更加節(jié)能。今年早些時(shí)候，ARM公司推出了兩款新芯片:ARM機(jī)器學(xué)習(xí)處理器，這一款芯片主要針對(duì)人工智能任務(wù)，從翻譯到面部識(shí)別，另一款則是用于檢測(cè)圖像中人臉的ARM對(duì)象檢測(cè)處理器。

高通最新推出的移動(dòng)芯片驍龍845配備了圖形處理器，并且將人工智能視為重中之重。該公司還發(fā)布了驍龍820E芯片，主要面向的是無(wú)人機(jī)、機(jī)器人和工業(yè)設(shè)備。從更長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，IBM和英特爾正在開(kāi)發(fā)一種神經(jīng)形態(tài)芯片，其架構(gòu)是從人類(lèi)大腦和其驚人的能量效率啟發(fā)而來(lái)。從理論上講，這可以讓IBM的TrueNorth芯片和英特爾的Loihi芯片僅花費(fèi)傳統(tǒng)芯片所需要的能量的一小部分，便可運(yùn)行強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)，不過(guò)在現(xiàn)階段，這兩種技術(shù)仍處于高度實(shí)驗(yàn)階段。

讓這些芯片運(yùn)行與云計(jì)算服務(wù)一樣強(qiáng)大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。但以目前的創(chuàng)新速度來(lái)看，離你觸手可及真正的人工智能的那一天不會(huì)太久。