【導(dǎo)讀】比利時(shí)研究機(jī)構(gòu)Imec認(rèn)為,相較于使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),基于電阻和磁內(nèi)存單元數(shù)組的機(jī)器學(xué)習(xí)加速器更有助于降低成本和功耗。例如,在其最初的研究結(jié)果顯示,磁阻式隨機(jī)存取內(nèi)存(MRAM)數(shù)組可讓功率降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
但這項(xiàng)具有前景的開發(fā)工作仍處于初期階段。Imec預(yù)計(jì)要到今年稍晚提出專利申請后,才會(huì)發(fā)布更多有關(guān)該芯片的架構(gòu)及其性能等細(xì)節(jié)。該研究機(jī)構(gòu)從一年半以前開始組成機(jī)器學(xué)習(xí)小組,期望擴(kuò)展在其核心任務(wù)——芯片制程技術(shù)以外的更多相關(guān)研究。
在今年的Imec技術(shù)論壇(ITF2017)開幕當(dāng)天,研究人員們率先發(fā)布這款芯片,同時(shí)也介紹其于低功耗眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)的最新進(jìn)展,以及一款可為義肢提供更高階觸覺反饋的植入式芯片。
在自我學(xué)習(xí)分類任務(wù)方面,采用MRAM單元的Imec數(shù)組具有更高100倍的能源效率。Imec半導(dǎo)體技術(shù)與系統(tǒng)執(zhí)行副總裁An Steegen表示:「整體而言,使用新興內(nèi)存比基于CMOS的機(jī)器學(xué)習(xí)架構(gòu)更節(jié)能?!?/div>
另一款芯片采用基于金屬氧化物電阻式隨機(jī)存取內(nèi)存(ReRAM)的單元數(shù)組,Imec研究人員們稱之為‘OxRAM’。 這款65nm的芯片經(jīng)由取得40首古典長笛樂曲上的資料,學(xué)會(huì)了預(yù)測模式,然后再根據(jù)所學(xué)習(xí)的模式自行創(chuàng)作音樂。
新興內(nèi)存的優(yōu)點(diǎn)在于能讓數(shù)據(jù)位儲(chǔ)存在同一個(gè)單元中,從而實(shí)現(xiàn)最小的晶粒尺寸。這種方法讓Imec更加期望有一天能將其整合于傳感器節(jié)點(diǎn)中,讓物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用得以從自我學(xué)習(xí)中受益。

圖1:Imec的自我學(xué)習(xí)芯片可望為成本和功耗受限的IoT節(jié)點(diǎn)帶來機(jī)器學(xué)習(xí)功能 (來源:Imec)
該芯片需要許多數(shù)組的層級(jí)架構(gòu)以執(zhí)行有利的工作。但 Imec尚未透露這款芯片上的數(shù)組大小。
負(fù)責(zé)這項(xiàng)開發(fā)計(jì)劃的Praveen Raghavan說:「OxRAM一直用于內(nèi)存儲(chǔ)存,但我們想將它用于兩個(gè)對(duì)象之間的隨機(jī)鏈接。該展示以饋入編碼機(jī)制作為輸入,并提供可能的預(yù)測,饋入地址并讀取預(yù)測作為輸出數(shù)據(jù)?!?/div>
「其優(yōu)點(diǎn)在于能實(shí)現(xiàn)極其密集的自我學(xué)習(xí)芯片——相形之下,IBM的True North的占位面積太大了。而且,這款極高密度且極低功耗的芯片是可以大量制造的,」他補(bǔ)充說。
雖然不完全是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),但這種技術(shù)在應(yīng)用方面類似于可預(yù)測事件序列的長短期記憶(LSTM)網(wǎng)絡(luò)。他說:「相較于LSTM加速器需要更多的數(shù)據(jù)以及一款用于訓(xùn)練的較大GPU,這款OxRAM芯片的成本比更低。」
OxRAM途徑也適用于像生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(GAN)等應(yīng)用;GAN是一種新興的技術(shù),讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間互相對(duì)抗,以加快學(xué)習(xí)速度。
義肢觸覺與眼動(dòng)追蹤技術(shù)
此外,Imec還開發(fā)了具有128個(gè)記錄電極和32個(gè)刺激電極的植入式神經(jīng)芯片硬件,可實(shí)現(xiàn)較現(xiàn)有裝置更多10倍的觸點(diǎn)數(shù)。這款芯片如今正在進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn),期望能提供較現(xiàn)有義肢更明顯有效的控制與觸覺反饋。
這款芯片能夠以數(shù)百毫秒(ms)的速度在大腦和義肢之間傳送訊號(hào)。雖然比人類的神經(jīng)傳導(dǎo)速度更慢,但較當(dāng)今的義肢所要求的秒數(shù)更快。

圖2:植入式芯片承諾更快的訊號(hào)傳送速度,從而實(shí)現(xiàn)更有效的義肢控制
然而,Imec至今僅開發(fā)了硬件原型,尚未對(duì)于軟件進(jìn)行優(yōu)化。隨著導(dǎo)線數(shù)量持續(xù)增加,未來可能會(huì)產(chǎn)生明顯的延遲。
該計(jì)劃是Imec與美國佛羅里達(dá)大學(xué)(University of Florida)合作的一部份,該?,F(xiàn)正進(jìn)行美國國防部先進(jìn)研究計(jì)劃署(DARPA)的一項(xiàng)研究計(jì)劃。
最后,Imec并展示提供眼動(dòng)追蹤技術(shù)的眼鏡,其方式是在眼睛周圍監(jiān)測人腦與神經(jīng)訊號(hào)。截至目前為止,該系統(tǒng)的準(zhǔn)確度還比不上目前基于攝影機(jī)的眼動(dòng)追蹤技術(shù)。不過,它更有助于大幅降低成本與功耗。
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