高通量算力晶元與神經形態晶元

❶ 清華大學開發出的異構融合類腦計算晶元登上《自然》雜志的封面，這個晶元為什麼那麼厲害

近日，清華大學類腦計算研究中心施路平教授團隊展示了一輛自動駕駛自行車。這不是全球第一輛自動駕駛自行車。但它配備了一種人工智慧晶元——神經形態計算機晶元——它可能是最接近於獨立思考的機器。

其實早在2015年，清華團隊就完成了第一代"天機"晶元，2017年進化為第二代，速度更快，性能更高，功耗更低，相比於當前世界先進的IBM TrueNorth，也具備功能更全、靈活性、擴展更好的優點，密度高出20%，速度高出至少10倍，帶寬高出至少100倍。

❷ 怎樣看待生物晶元與高通量測序的區別，以及前景

轉錄組測序和表達譜測序其實都是通過高通量測序技術進行的，是一個框架。表達譜主要研究的是基因表達量的變化，側重於獲得你材料的全部轉錄組信息。新一代高通量測序技術可以全面快速地獲得特定細胞或組織在某一個狀態下幾乎所有轉錄本的序列信息和表達信息、基因結構變異，相當於DNA水平的基因組測序、篩選分子標記（SNPs或SSR）等生命科學的重要問題，但僅可用於基因表達差異的研究轉錄組學的研究對象包括mRNA和非編碼RNA等，可以用來研究基因的表達差異情況，測序通量更小。

基因表達譜測序是直接對某一物種或特定細胞在某一功能狀態下產生的mRNA進行高通量測序。該技術結合了轉錄組測序建庫的實驗方法，基因表達譜測序要求的讀長更短，與轉錄組測序相比，從而准確地分析基因表達差異，轉錄組測序主要是針對沒有參考基因組（即基因組未完成測序）的物種。先要有轉錄組或是基因組才可以做表達譜，否則沒有Ref做參考，上調或下降。

❸ 長鏈非編碼rna高通量測序和晶元哪個好

一般來說是高通量測序好吧，因為晶元只能測特定的序列，而高通量測序比較靈活。

❹ lncrna晶元和高通量測序的區別

晶元用於分子研究只能研究已知的基因，由於高通量測序成本很高，前幾年晶元性價比很高，但是近幾年隨著測序成本的降低，晶元技術在科研領域基本被淘汰，僅用於分子育種方面，而高通量測序，既可以測到已知的基因信息，也可以發掘未知的基因信息，而且成本很低。詳細信息可以聯系北京諾禾致源公司。求採納～～謝謝

❺ 給人工智慧提供算力的晶元有哪些類型

給人工智慧提供算力的晶元類型有gpu、fpga和ASIC等。

GPU，是一種專門在個人電腦、工作站、游戲機和一些移動設備（如平板電腦、智能手機等）上圖像運算工作的微處理器，與CU類似，只不過GPU是專為執行復雜的數學和幾何計算而設計的，這些計算是圖形渲染所必需的。

FPGA能完成任何數字器件的功能的晶元，甚至是高性能CPU都可以用FPGA來實現。 Intel在2015年以161億美元收購了FPGA龍 Alter頭，其目的之一也是看中FPGA的專用計算能力在未來人工智慧領域的發展。

ASIC是指應特定用戶要求或特定電子系統的需要而設計、製造的集成電路。嚴格意義上來講，ASIC是一種專用晶元，與傳統的通用晶元有一定的差異。是為了某種特定的需求而專門定製的晶元。谷歌最近曝光的專用於人工智慧深度學習計算的TPU其實也是一款ASIC。

(5)高通量算力晶元與神經形態晶元擴展閱讀：

晶元又叫集成電路，按照功能不同可分為很多種，有負責電源電壓輸出控制的，有負責音頻視頻處理的，還有負責復雜運算處理的。演算法必須藉助晶元才能夠運行，而由於各個晶元在不同場景的計算能力不同，演算法的處理速度、能耗也就不同在人工智慧市場高速發展的今天，人們都在尋找更能讓深度學習演算法更快速、更低能耗執行的晶元。

❻ iPhone 11用了最新的A13仿生晶元，仿生晶元和普通晶元有何不同

首先說明，蘋果的仿生晶元也就是AI晶元，AI晶元就是模仿人腦神經元結構設計的類腦晶元，這大概是蘋果給自己的晶元起名為仿生晶元的原因，但是華為的也是AI晶元啊，高通的也是啊。

記住，都是AI晶元，只是蘋果起的名字聽起好像更牛掰那麼一點兒！

所有的AI晶元都是FPGA晶元，使用者通過燒入 FPGA 配置文件，來重新定義門電路以及存儲器之間的連線，然後用硬體語言對硬體電路進行設計。

每完成一次燒錄，晶元內部的硬體電路就有了確定連接方式，也就具有了一定的功能。

通俗點說，AI晶元也就是你需要它有什麼功能、它就能有什麼功能的一種晶元。

再比如，小米手機ai在拍照時會根據不同的拍照對象而自動設置不同的拍照模式，這些都是晶元根據使用者使用習慣智能計算得出的結果。

ai晶元最終會隨著使用時間的增加變得更聰明，更好的服務我們。而普通晶元卻不會！

❼ 新型神經網路晶元會對科技領域乃至整個世界產生什麼巨大影響

一、與傳統計算機的區別1946年美籍匈牙利科學家馮·諾依曼提出存儲程序原理，把程序本身當作數據來對待。此後的半個多世紀以來，計算機的發展取得了巨大的進步，但「馮·諾依曼架構」中信息存儲器和處理器的設計一直沿用至今，連接存儲器和處理器的信息傳遞通道仍然通過匯流排來實現。隨著處理的數據量海量地增長，匯流排有限的數據傳輸速率被稱為「馮·諾依曼瓶頸」——尤其是移動互聯網、社交網路、物聯網、雲計算、高通量測序等的興起，使得『馮·諾依曼瓶頸』日益突出，而計算機的自我糾錯能力缺失的局限性也已成為發展障礙。
結構上的缺陷也導致功能上的局限。例如，從效率上看，計算機運算的功耗較高——盡管人腦處理的信息量不比計算機少，但顯然而功耗低得多。為此，學習更多層的神經網路，讓計算機能夠更好地模擬人腦功能，成為上世紀後期以來研究的熱點。
在這些研究中，核心的研究是「馮·諾依曼架構」與「人腦架構」的本質結構區別——與計算機相比，人腦的信息存儲和處理，通過突觸這一基本單元來實現，因而沒有明顯的界限。正是人腦中的千萬億個突觸的可塑性——各種因素和各種條件經過一定的時間作用後引起的神經變化（可變性、可修飾性等），使得人腦的記憶和學習功能得以實現。

大腦有而計算機沒有的三個特性:低功耗（人腦的能耗僅約20瓦，而目前用來嘗試模擬人腦的超級計算機需要消耗數兆瓦的能量）；容錯性（壞掉一個晶體管就能毀掉一塊微處理器，但是大腦的神經元每時每刻都在死亡）；還有不需為其編製程序（大腦在與外界互動的同時也會進行學習和改變，而不是遵循預設演算法的固定路徑和分支運行。）

這段描述可以說是「電」腦的最終理想了吧。
註：最早的電腦也是模擬電路實現的，之後發展成現在的只有0、1的數字CPU。
今天的計算機用的都是所謂的馮諾依曼結構，在一個中央處理器和記憶晶元之間以線性計算序列來回傳輸數據。這種方式在處理數字和執行精確撰寫的程序時非常好用，但在處理圖片或聲音並理解它們的意義時效果不佳。
有件事很說明問題：2012年，谷歌展示了它的人工智慧軟體在未被告知貓是什麼東西的情況下，可以學會識別視頻中的貓，而完成這個任務用到了1.6萬台處理器。
要繼續改善這類處理器的性能，生產商得在其中配備更多更快的晶體管、硅存儲緩存和數據通路，但所有這些組件產生的熱量限制了晶元的運作速度，尤其在電力有限的移動設備中。這可能會阻礙人們開發出有效處理圖片、聲音和其他感官信息的設備，以及將其應用於面部識別、機器人，或者交通設備航運等任務中。

神經形態晶元嘗試在矽片中模仿人腦以大規模的平行方式處理信息：幾十億神經元和千萬億個突觸對視覺和聲音刺激物這類感官輸入做出反應。

作為對圖像、聲音等內容的反應，這些神經元也會改變它們相互間連接的方式，我們把這個過程叫做學習。神經形態晶元納入了受人腦啟發的「神經網路」模式，因此能做同樣的事。
人工智慧的頂尖思想家傑夫·霍金斯（Jeff Hawkins）說，在傳統處理器上用專門的軟體嘗試模擬人腦（谷歌在貓實驗中所做的），以此作為不斷提升的智能基礎，這太過低效了。
霍金斯創造了掌上電腦（Palm Pilot），後來又聯合創辦了Numenta公司，後者製造從人腦中獲得啟發的軟體。「你不可能只在軟體中建造它，」他說到人工智慧，「你必須在矽片中建造它。」
現有的計算機計算，程序的執行是一行一行執行的，而神經網路計算機則有所不同。
現行的人工智慧程式，基本上都是將大大小小的各種知識寫成一句一句的陳述句，再灌進系統之中。當輸入問題進去智能程式時，它就會搜尋本身的資料庫，再選擇出最佳或最近解。2011年時，IBM 有名的 Watson 智能電腦，便是使用這樣的技術，在美國的電視益智節目中打敗的人類的最強衛冕者。
（神經網路計算機）以這種非同步信號發送（因沒有能使其同步的中央時鍾而得名）處理數據的速度比同步信號發送更快，以為沒有時間浪費在等待時鍾發出信號上。非同步信號發送消耗的能量也更少，這樣便滿足了邁耶博士理想的計算機的第一個特點。如果有一個處理器壞了，系統會從另一路線繞過它，這樣便滿足了邁耶博士理想的計算機的第二個特點。正是由於為非同步信號發送編程並不容易，所以大多數計算機工程師都無視於此。然而其作為一種模仿大腦的方式堪稱完美。功耗方面：
硬體方面，近年來主要是通過對大型神經網路進行模擬，如 Google 的深度學習系統Google Brain，微軟的Adam等。但是這些網路需要大量傳統計算機的集群。比方說 Google Brain 就採用了 1000 台各帶 16 核處理器的計算機，這種架構盡管展現出了相當的能力，但是能耗依然巨大。而 IBM 則是在晶元上的模仿。4096 個內核，100 萬個「神經元」、2.56 億個「突觸」集成在直徑只有幾厘米的方寸（是 2011 年原型大小的 1/16）之間，而且能耗只有不到 70 毫瓦。
IBM 研究小組曾經利用做過 DARPA 的NeoVision2 Tower數據集做過演示。它能夠實時識別出用 30 幀每秒的正常速度拍攝自斯坦福大學胡佛塔的十字路口視頻中的人、自行車、公交車、卡車等，准確率達到了 80%。相比之下，一台筆記本編程完成同樣的任務用時要慢 100 倍，能耗卻是 IBM 晶元的 1 萬倍。

Ref: A million spiking-neuron integrated circuit with a scalable communication network and interface. Paul A. Merolla et al. Science 345, 668 (2014); DOI: 10.1126/science.1254642
因為需要擁有極多數據的Database 來做training以及需要極強大的計算能力來做prediction，現有的一些Deep learning如Andrew Ng的Google Brain、Apple的Siri等都需要連接網路到雲端的伺服器。

二、爭議：
雖然深度學習已經被應用到尖端科學研究及日常生活當中，而 Google 已經實際搭載在核心的搜尋功能之中。但其他知名的人工智慧實驗室，對於深度學習技術的反應並不一致。例如艾倫人工智慧中心的執行長 Oren Etzioni，就沒有考慮將深度學習納入當前開發中的人工智慧系統中。該機構目前的研究是以小學程度的科學知識為目標，希望能開發出光是看學校的教科書，就能夠輕松應付各類考試的智能程式。Oren Etzioni 以飛機為例，他表示，最成功的飛機設計都不是來自於模仿鳥的結構，所以腦神經的類比並無法保證人工智慧的實現，因此他們暫不考慮借用深度學習技術來開發這個系統。
但是從短期來看，情況也許並沒有那麼樂觀。
首先晶元的編程仍然是個大問題。晶元的編程要考慮選擇哪一個神經元來連接，以及神經元之間相互影響的程度。比方說，為了識別上述視頻中的汽車，編程人員首先要對晶元的模擬版進行必要的設置，然後再傳給實際的晶元。這種晶元需要顛覆以往傳統的編程思想，盡管 IBM 去年已經發布了一套工具，但是目前編程仍非常困難，IBM 團隊正在編制令該過程簡單一點的開發庫。（當然，如果我們回顧過去編程語言從匯編一路走來的歷史，這一點也許不會成為問題。）
其次，在部分專業人士看來，這種晶元的能力仍有待證實。
再者，真正的認知計算應該能從經驗中學習，尋找關聯，提出假設，記憶，並基於結果學習，而IBM 的演示里所有學習（training）都是在線下的馮諾依曼計算機上進行的。不過目前大多數的機器學習都是離線進行的，因為學習經常需要對演算法進行調整，而 IBM 的硬體並不具備調整的靈活性，不擅長做這件事情。

三、人造神經元工作原理及電路實現
人工神經網路
人工神經網路（artificial neural network，縮寫ANN），簡稱神經網路（neural network，縮寫NN），是一種模仿生物神經網路的結構和功能的數學模型或計算模型。
神經網路是一種運算模型，由大量的節點（或稱「神經元」，或「單元」）和之間相互聯接構成。每個節點代表一種特定的輸出函數，稱為激勵函數（activation function）。每兩個節點間的連接都代表一個對於通過該連接信號的加權值，稱之為權重（weight），這相當於人工神經網路的記憶。網路的輸出則依網路的連接方式，權重值和激勵函數的不同而不同。而網路自身通常都是對自然界某種演算法或者函數的逼近，也可能是對一種邏輯策略的表達。Ref：Wikipedia： 人工神經網路
電路原理
神經遞質的分泌反過來又是對動作電位刺激的反應。然而神經元在接收到這些神經遞質信號中的一個後便不會再繼續發出動作電位。當然，它們會逐漸累加至一個極限值。在神經元接受了一定數量的信號並超過極限值後----從根本上講是一個模擬進程----然後它們會發出一個動作電位，並自行重置。Spikey的人造神經元也是這么做的，當它們每次受到激發時都會在電容中累積電荷，直至達到限值，電容再進行放電。具體電路結構和分析之後有機會的話再更新。
現階段硬體的實現方式有數電（IBM、Qualcomm）、模電、數模混合（學界）、GPUs等等，還有各種不是基於硅半導體製程製作的神經元等的device方面的研究。

四、歷史
Neuromorphic engineering由老祖宗Carver Mead提出
卡福·米德是加州理工學院的一名工程師，被公認為神經形態計算機之父（當然還發明了「神經形態學」這個詞）
神經形態晶元的創意可以追溯到幾十年前。加州理工大學的退休教授、集成電路設計的傳奇人物卡弗·米德（Carver Mead）在1990年發表的一篇論文中首次提出了這個名稱。
這篇論文介紹了模擬晶元如何能夠模仿腦部神經元和突觸的電活動。所謂模擬晶元，其輸出是變化的，就像真實世界中發生的現象，這和數字晶元二進制、非開即關的性質不同。

後來這（大腦研究）成為我畢生的工作，我覺得我可以有所貢獻，我嘗試離開計算機行業而專注大腦研究。首先我去了MIT的人工智慧研究院，我想，我也想設計和製作聰明的機器，但我的想法是先研究大腦怎麼運作。而他們說，呃，你不需要這樣做，我們只需要計算機編程。而我說，不，你應該先研究大腦。他們說，呃，你錯了。而我說，不，你們錯了。最後我沒被錄取。但我真的有點失望，那時候年輕，但我再嘗試。幾年後再加州的Berkley，這次我嘗試去學習生物方面的研究。我開始攻讀生物物理博士課程。我在學習大腦了，而我想學理論。而他們說，不，你不可以學大腦的理論，這是不可以的，你不會拿到研究經費，而作為研究生，沒有經費是不可以的。我的天。
八卦：老師說neural network這個方向每20年火一次，之前有很長一段時間的沉寂期，甚至因為理論的不完善一度被認為是江湖術士的小把戲，申請研究經費都需要改課題名稱才能成功。（這段為小弟的道聽途說，請大家看過就忘。後來看相關的資料發現，這段歷史可能與2006年Geoffrey E. Hinton提出深度學習的概念這一革命性工作改變了之前的狀況有關。）

五、針對IBM這次的工作：
關於 SyNAPSE
美國國防部先進研究項目局的研究項目，由兩個大的group組成：IBM team和HRL Team。
Synapse在英文中是突觸的意思，而SyNAPSE是Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics的簡稱。
Cognitive computing: Neurosynaptic chips
IBM proces first working chips modeled on the human brain
另一個SyNAPSE項目是由IBM阿爾馬登實驗室（位於聖何塞）的達爾門德拉·穆德哈負責。與四所美國大學（哥倫比亞大學，康奈爾大學，加州大學默塞德分校以及威斯康辛-麥迪遜大學）合作，穆德哈博士及其團隊製造了一台神經形態學計算機的原型機，擁有256個「積分觸發式」神經元，之所以這么叫是因為這些神經元將自己的輸入累加（即積分）直至達到閾值，然後發出一個信號後再自行重置。它們在這一點上與Spikey中的神經元類似，但是電子方面的細節卻有所不同，因為它們是由一個數字儲存器而非許多電容來記錄輸入信號的。
Ref: A million spiking-neuron integrated circuit with a scalable communication network and interface. Paul A. Merolla et al. Science 345, 668 (2014); DOI: 10.1126/science.1254642

❽ 可重構計算晶元與其他架構晶元有什麼不同，為什麼可以做到更高的能效比

可重構計算架構（Coarse-，CGRA），是指能根據變換的數據流或控制流，對軟體和硬體結構進行動態配置的計算模式。

CGRA最大的優勢就是能通過空域硬體結構組織不同粒度和不同功能的計算資源，通過通過運行過程中的硬體配置，調整硬體功能，根據數據流的特點，讓功能配置好的硬體資源互連形成相對固定的計算通路，從而以接近「專用電路」的方式進行數據驅動下的計算(如圖所示)。當演算法和應用變換時，再次通過配置，使硬體重構為不同的計算通路去執行。一方面，因為沒有傳統指令驅動的計算架構中取指和解碼操作的延時和能耗開銷，二是在計算過程中以接近「專用電路」的方式執行，是一種高效而靈活的計算架構，所以在能在算力和能耗上取得很好的平衡，達到更高的能效比。

補充一下與傳統晶元的對比：

CPU架構基於通用指令，以時域執行模式進行計算，非常靈活。但是取指，解碼開銷大，若碰到條件分支預測等，控制代價大。同時，計算過程中時域執行方式下，數據復用率低，頻繁訪存能耗開銷大。

GPU架構採用了基於指令的SIMD執行方式，考慮了比如3D圖形處理等通用需求，除了取指，解碼代價開銷外，還會有高吞吐高帶寬設計，在實際AI處理過程中，帶寬和資源利用率隨著變化大，利用效率低，能耗開銷大。

NPU計算架構對特定神經網路進行了定製化，其仍然是基於指令執行的方式，指令讀取和解碼開銷不可以避免，同時，對於沒有定製的層，無法很好處理，靈活性受限。CGRA相比NPU能夠有10倍以上的性能提升。

FPGA計算架構細粒度位級別，基於查找表的執行方式，硬體可編程，非常靈活。然而，大量細粒度LUT使得內部連線非常復雜，大量基於存儲的LUT的存在和互聯線，也會耗費大量的功耗。