人民網(wǎng)北京6月5日電 （記者趙竹青）人腦能夠運行復雜且龐大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，總功耗卻僅約20瓦，遠小于現有的人工智能系統。因此，在算力比拼加速、能耗日益攀升的今天，借鑒人腦的低功耗特性發(fā)展新型智能計算系統成為極具潛力的方向。近日，中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所李國齊、徐波課題組與時(shí)識科技公司等單位合作設計了一套能夠實(shí)現動(dòng)態(tài)計算的算法—軟件—硬件協(xié)同設計的類(lèi)腦神經(jīng)形態(tài)SOC（System on Chip，系統級芯片）“Speck”，展示了類(lèi)腦神經(jīng)形態(tài)計算在融合高抽象層次大腦機制時(shí)的天然優(yōu)勢，相關(guān)研究在線(xiàn)發(fā)表于《自然·通訊》。

　　該研究提出了“神經(jīng)形態(tài)動(dòng)態(tài)計算”的概念，設計了一種類(lèi)腦神經(jīng)形態(tài)芯片“Speck”，來(lái)實(shí)現基于注意力機制的動(dòng)態(tài)計算。該芯片在硬件層面做到“沒(méi)有輸入，沒(méi)有功耗”，在算法層面做到“有輸入時(shí)，根據輸入重要性程度動(dòng)態(tài)調整計算”，從而在典型視覺(jué)場(chǎng)景任務(wù)功耗可低至0.7毫瓦，進(jìn)一步挖掘了神經(jīng)形態(tài)計算在性能和能效上的潛力。

　　Speck是一款異步感算一體類(lèi)腦神經(jīng)形態(tài)SoC，采用全異步設計，在一塊芯片上集成了動(dòng)態(tài)視覺(jué)傳感器（DVS相機）和類(lèi)腦神經(jīng)形態(tài)芯片，具有極低的靜息功耗（僅為0.42毫瓦）。Speck能夠以微秒級的時(shí)間分辨率感知視覺(jué)信息，并以全異步方式設計替代了全局時(shí)鐘控制信號，避免時(shí)鐘空翻帶來(lái)的能耗開(kāi)銷(xiāo)，僅在有事件輸入時(shí)才觸發(fā)稀疏加法運算。

　　針對脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（SNN）在更高層面，比如時(shí)間維度中不能根據輸入難易度調整其脈沖發(fā)放等“動(dòng)態(tài)失衡”問(wèn)題，該研究基于注意力機制的神經(jīng)形態(tài)脈沖動(dòng)態(tài)計算框架，在多種粒度上實(shí)現對不同的輸入進(jìn)行有區分地動(dòng)態(tài)響應；同時(shí)Speck軟件工具鏈Sinabs編程框架支持動(dòng)態(tài)計算SNN算法訓練和部署。實(shí)驗結果表明，注意力機制可使得SNN具備動(dòng)態(tài)計算能力，即根據輸入難易度調整其脈沖發(fā)放模式解決“動(dòng)態(tài)失衡”問(wèn)題，在顯著(zhù)降低功耗的同時(shí)，提升任務(wù)性能。在DVS128 Gesture數據集上，融合脈沖動(dòng)態(tài)計算的Speck在任務(wù)精度提升9%的同時(shí)，平均功耗由9.5毫瓦降低至3.8毫瓦。

　　該工作的實(shí)踐證實(shí)，高、低抽象層次大腦機制的融合能進(jìn)一步激發(fā)類(lèi)腦計算潛力，這為以后將大腦進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生的各種高級神經(jīng)機制融合至神經(jīng)形態(tài)計算提供了積極啟發(fā)。

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