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BrainChip授權基於硬體的神經形態核心

上網時間: 2016年01月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:神經形態  SNAP  人工智慧  神經網路  STDP 

作者:蔡培德

加州新創公司BrainChip Inc.正藉由與智慧型手機、物聯網(IoT)等領域的晶片公司合作,期望將具有低功耗優勢的「硬體」建置神經形態(neuromorphic)處理導入大量應用市場。

BrainChip的「脈衝神經元自適應處理器」(Spiking Neuron Adaptive Processor;SNAP)技術主要以「脈衝」神經網路為基礎,這是一種能以超越人腦的速度自動學習與操作的人工智慧。這項技術大部份是該公司執行長兼臨時執行長Peter Van Der Made多年來的開發成果;雖已開發多年,但直到2013年12月才正式成立公司。

相較於傳統的「加權」(weighted)神經網路,這種脈衝神經網路更密切建模於人腦活動上,透過一連串從神經元到神經元的脈衝傳送資訊。脈衝神經網路技術具有自主學習、發展以及像人腦一樣組織資訊的能力,並且被開發為一種包含可配置「大量仿生神經元」的數位設計。該技術具有快速、完全數位化且消耗非常低功耗的優勢,使其可用於將大型網路整合於以電池供電的可攜式產品中。

BrainChip的神經元透過「突觸時間相關的可塑性」(STDP)過程自主學習。如圖中所示,在此完全數位的神經元過程中直接在硬體中輸入脈衝。感覺神經即將外在刺激轉化為脈衝,學習就發生在輸入密集或經由反饋的重覆過程中,並直接關係到大腦的學習方式。此外,由於神經元均採用平行映射,使其網路性能不受網路規模的限制,從而帶來顯著的速度優勢;同時,學習也與每一突觸平行發生,進一步加速STDP的學習過程。

透過其SNAP技術,BrainChip開發出首款SNAP-64處理器核心,並計劃採用「像ARM一樣」的經營模式。換句話說,該公司將授權其技術與電路設計給半導體公司,並依據每個晶片銷售(包括其IP)的晶片價格按固定比例收取授權費用。

以一家新創公司來說,BrainChip不尋常之處在於它因為被一家前澳洲礦產勘探公司Aziana Ltd.反向收購上市(RTO),因此目前已經是一家獲得支持與資助的上市公司了。今年五月,Aziana收購了BrainChip,並將自家公司名稱改為Brain Chip Holdings Ltd.,並於澳州證券交易所(ASX)公開上市。

BrainChip並不是第一家試著在硬體中建置神經網路的公司。IBM推出了TrueNorth晶片、高通(Qualcomm)用於其Snapdragon 820 SoC中的Zeroth處理器核心,以及英特爾(Intel)在其Quark SE晶片中也包含圖形分類的神經網路核心。NeuroMem提供了這項技術授權與晶片。

然而,BrainChip聲稱,其大腦活動的模式較優越且性能也較快,因為它採用了脈衝型的神經網路資料傳送模式。在此之前,高通也曾經指出其Zeroth處理器核心已經從側重於生物現實的脈衝神經網路發展到包括人工神經網路,進一步在裝置上實現深度學習。

BrainChip還聲稱它是首家取得數位脈衝神經網路技術專利認可的公司。此外,Aziana前執行長、BrainChip Holdings非執行董事Neil Rinaldi表示,BrainChip還擁有其他5項申請中的專利,以及76項專利正在申請過程,該公司目前也正著手制定其IP保護辦法。

SNAP-64處理器採用FPGA建置,該公司正尋找可透過先進製程技術建置該核心的代工廠。BrainChip表示,「許多取得授權的公司都想在SoC中以協同處理器的方式來建置這款核心。它還可實現晶片上配置,以符合廣泛的應用。」BrainChip也準備與希望為特定應用導入整體架構的更多先進晶片客戶合作。

「我們一直在與手機和IoT領域中的許多公司進行洽談,」Rinaldi表示。此外,其他應用還包括機器人、用於探索的自動化學習機器、無人機、語音辨識,以及從吵雜的背景中提取語音與聲響,以及視覺影像辨識。

SNAP-64一直是採用軟體模擬的方式設計與執行,並建置在FPGA上,但由於神經元與突觸連接的複雜性、刺激與脈衝訊號的解析度,以及SNAP-64與傳統處理器之間的連接介面等,使其仍然存在技術挑戰。


BrainChip的人工神經元與生物神經元功能比較
(來源:BrainChip)

編譯:Susan Hong

(參考原文:Startup Wants to be the ARM of Neuromorphic Cores,by Peter Clarke)





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