运用神经拟态算法，芯片有了嗅觉

在所有感官中，练习AI差别气息是一件稀奇难题的事情，但这并不克阻止研究人员测验。 （原文来自www.jj00.com）

3月16日，英国《天然-机械智能》（NatureMachineIntelligence）杂志揭橥了一项人工智能研究，英特尔神经形态较量实验室和康奈尔大学的结合团队申报称，他们实现了一种设计用来模拟生物嗅觉的神经算法。这项功效意味着一种壮大方式的显现，在此根蒂上，将来可斥地出超越当前人工智能趋势的新算法。

（本文来自久久自媒体）

神经形态较量可以大幅提拔数据处理能力和机械进修能力，能耗和体积都非常幻想，被认为是高机能较量的下一成长阶段。而神经形态芯片的设计，是使用受大脑开导而形成的较量机械，即经由缔造由人工神经元和突触构成的收集来实现。然则，今朝仍不明确的是，若何行使这种机械解决实际问题。这首要是因为我们对在生物神经回路层面实现的算法认识还不敷透辟。

此次，英特尔神经形态较量实验室科学家纳比尔·伊姆艾姆（NabilImam）和康奈尔大学心理学系较量生理学实验室研究人员托马斯·克莱兰德（ThomasA.Cleland），在英特尔“Loihi”神经拟态芯片系统上，描述了一种基于哺乳动物嗅觉系统的神经算法，能够进修并分辨气息样本

研究团队之后在一个神经形态系统中，实现该神经算法，并行使甲苯、氨、丙酮、一氧化碳和甲烷等10种有害化学物质，对其进行气息练习，最后在风洞中经由传感器的数据对神经拟态芯片Loihi进行了测试。

凭据英特尔的说法，即使存在其他强烈气息，该芯片也能够识别这些有害物质。未来这项手艺或者使“电子鼻”和机械人可以检测兵器、爆炸物、麻醉品甚至疾玻。

英特尔神经拟态芯片Loihi（图自：intelLabs）

说起Loihi，2017年9月《电子工程专辑》曾报道，为了让较量机通信和进修体式更接近人类大脑，英特尔实验室推出的离开传统硅芯片的冯诺依曼较量模型、模拟大脑根基机制的自进修神经拟态芯片。它能更快更高效地执行机械进修较量义务，同时大幅降低对功耗的需求。

凭据官方资料，Loihi芯片采用14nm工艺，管芯尺寸60毫米，包含跨越20亿个晶体管、13万小我工神经元和1.3亿个突触。Loihi异步电路，不需要全局时钟旌旗，而是采用可编程微代码引擎，用异步脉冲神经收集（SNN）或AI模型行进片上练习，该模型将时间整合到其把持模型中，是以模型的组件不会同时处理输入数据。

据悉，用英特尔Loihi芯片来处理稀少编码、图形搜刮、约束知足问题等特别应用，速度比传统CPU快1000倍，效率比传统CPU高10000倍，它还能将某些优化方案的速度和能效提高了跨越三个数量级。英特尔透露，这将用于“高效”地实施自适应进修、事件驱动和细粒度并行较量。

（图自：intel）

2019年7月，《电子工程专辑》持续报道了英特尔在神经拟态方面的进展。他们公布了代号“PohoikiBeach”的全新神经拟态系统，包含多达64颗Loihi芯片，，集成了1320亿个晶体管，总面积3840平方毫米，拥有800万个神经元、80亿个突触。

“我们在实时深度进修基准测试中，证实使用Loihi芯片的功耗比GPU低109倍，比专用IoT推理芯片低5倍。”AppliedBrainResearch首席执行官、滑铁卢大学传授ChrisEliasmith透露，“跟着我们将收集扩展50倍，Loihi连结实时机能究竟，仅使用30％的功率，而IoT硬件不克包管实时，还要消费500％的功率。”

罗格斯大学传授KonstantinosMichmizos也介绍说，比拟用CPU运行SLAM方式，Loihi的能耗低了大约100倍。

值得一提的是，Loihi仅用一个样本就能够认识每种气息。研究人员透露，这令人感应震惊，因为其他深度进修手艺或者需要3000倍以上的练习样本才能达到沟通的正确性水平。Imam透露，他们的工作是“神经科学和人工智能跨范畴交叉研究的最好的例子”。

NabilImam在位于美国加州圣克拉拉的神经拟态较量实验室中手持一块Loihi神经拟态测试芯片（图自：intelLab

当我们闻器材时，分子会刺激鼻子中的嗅觉细胞。好比你拿一个榴莲闻一闻，水果分子就会刺激鼻腔嗅觉细胞，细胞向大脑嗅觉系统发送旌旗，一组互相保持的神经元中的电脉冲就会在这个嗅觉系统中发生嗅觉，然后你就闻到这个物体的气息了。

Imam也提到，嗅觉范畴存在着一些挑战。

当你走进一家杂货店时，或者会闻到草莓的气息，它的气息或者跟蓝莓或香蕉很像。有时候，人尚且难差别出事实是一种水果气息，照样多种香味的夹杂。让系统来识别极其相似的气息，同样是难题。

“这些是今朝我们在研究嗅觉旌旗识别时面临的挑战，”Imam透露：“我们等候在将来几年内解决这些问题，如许的产物才能解决实际世界的问题，而不光仅是解决在实验室演示的实验性问题。”

Imam透露，认识大脑的神经回路若何解决这些复杂的较量问题，将为设计高效、壮大的机械智能供应主要的参考依据，换句话说，若是我们能更透辟的认识大脑识别气息的道理，那么或者会从基本上改变我们设计人工智能的体式。

从理论上讲，Loihi能够扩展到最多16384颗芯片互连，那就是跨越20亿个神经元——人类大脑有大约860亿个神经元。

英特尔和康奈尔大学当然不是独一一个致力于练习AI以检测气息的团队。GoogleBrain小组正在与调香师合作，将气息分子与感知到的气息关联起来。俄罗斯研究人员正在使用AI来嗅出致命的气体夹杂物，而且研究人员试图经由机械进修重现灭尽花朵的气息。

除了英特尔外，IBM、惠普、麻省理工学院、普渡大学、斯坦福大学等机构都在推进类脑较量的相关研究，进展借助它来斥地出更壮大的较量系统。