Intel представила второе поколение нейроморфных чипов: Loihi II. Идейно и архитектурно новый чип, в целом, повторяет первое поколение, анонсированное четыре года назад, однако имеет целый ряд улучшений технического и программного характера. Но что более интересно, с выходом Loihi II, который всё ещё считается исследовательской разработкой, компания готова сделать первые шаги по ограниченной коммерциализации данного решения.

В рамках нейромофорного подхода исследователи пытаются аппаратно воссоздать с той или иной степени точности механизмы, лежащие в основе мозга, которые на первый взгляд довольно просты: по густо провязанной и меняющейся со временем сети нейронов асинхронно и параллельно распространяются сигналы как ответ на внешние события..

Loihi II изготавливается по EUV-техпроцессу Intel 4, который всё ещё находится в стадии разработки. Чип имеет площадь 31 мм² и содержит 2,3 млрд транзисторов, а площадь одного ядра составляет 0,21 мм², то есть плотность по сравнению с первым поколением выросла практически вдвое. Чип всё так же содержит 128 нейронных ядер, но число доступных нейронов выросло со 128 тыс. до 1 млн. Объём памяти на ядро слегка уменьшился, с 208 до 192 Кбайт, однако теперь банки памяти можно более гибко распределять между нейронами и синапсами, а компрессия позволяет ещё более эффективно использовать имеющийся объём.

Сами ядра тоже изменились. В первом поколении они были оптимизированы под конкретные импульсные нейронные сети, а теперь для каждого ядра есть собственный программируемый конвейер, а сами модели на уровне чипа задаются микрокодом. Кроме того, для состояния нейрона можно использовать до 4096 байт в зависимости от задач (ранее было только 24 байт). Число синапсов на чип уменьшилось со 128 до 12 млн, но они получили существенный апгрейд — для кодирования сигнала используется INT32-значение, а не бинарное (есть/нет).

Всё вместе это позволяет задействовать обучение (в том числе на лету) с третьим фактором. Тем не менее, набор инструкций нейроморфных ядер остался по-прежнему простым. Он включает базовые арифметические операции, сдвиги, ветвление, работу с памятью/регистрами и импульсами. Сами ядра объединены быстрой mesh-сетью 8×16, а за конфигурацию сети, (де-)кодирование данных и управлением передачей импульсов отвечают ещё шесть выделенных ядер (ранее их было только три) с аппаратным ускорением соответствующих задач.

Суммарный эффект от всех нововведений таков, что Loihi II быстрее Loihi первого поколения примерно на порядок. Более того, он получил улучшенные возможности масштабирования: до 1000 ядер на самом чипе, а также можно сформировать трёхмерную mesh-сеть из чипов благодаря шести выделенным I/O-контроллерам на каждом из них и вчетверо более быстрым линиям. А для связи с внешним миром теперь доступны стандартные интерфейсы SPI/AER, GPIO и 1/2.5/10GbE.

Первым устройством на базе Loihi II стала одночиповая карта Oheo Gulch, предназначенная для разработки и отладки ПО. Она пока что доступна только избранным партнёрам Intel в облаке Neuromorphic Research Cloud. Следующим устройством станет компактная (4” × 4”)  плата Kapoho Point, которая несёт на борту уже восемь чипов Loihi II и предоставляет Ethernet и GPIO, а также различные интерфейсы для сенсоров и актуаторов. Платы можно будет напрямую объединять между собой для простого наращивания вычислительной мощности. В дальнейшем возможна интеграция чипов в гибридные SoC для различных задач, а также появление решений для ЦОД.

В целом, области применения и задачи новинок совпадают с теми, что сейчас обслуживают «классические» нейронные сети (с поправкой на энергоэффективность). Однако одного «железа» для распространения мало, поэтому Intel подготовила универсальный open source фреймворк LAVA, который позволит унифицировать разработку и подготовку моделей для практических любых аппаратных решений (не только нейроморфных) с учётом специфики конкретных архитектур.