英特尔欲重铸摩尔定律，自旋电子与超大规模神经元处理器成敲门砖_风闻

对于在计算、半导体制造领域浸淫数十年的英特尔而言，现在是最具挑战的年代，但也是机会最好的年代。

目前因为GPU、NPU等针对神经网络加速的计算架构崛起，CPU的地位已经一定程度被削弱，且还伴随着AMD的重新崛起，英特尔看来前途茫茫，但实际上，英特尔并没有中断在各领域的技术研发，在退出晶圆代工服务及5G业务之后，也更集中精力发展各种针对未来的计算架构。

摩尔定律由英特尔所创，虽然近年来有不少论点指出，摩尔定律已经很难延续下去，但实际上，包含神经网络芯片、量子计算等不同计算架构的推出，以及英特尔正在积极研发的自旋电子技术，对整个半导体业界来说，摩尔定律不只能够延续下去，未来甚至可能需要更新摩尔定律的定义，因为未来算力可能增长幅度还会比过去十年更惊人。

英特尔目前在计算领域中，除了CPU核心的持续改进，且重新加入GPU计算的战场，同时针对未来异构计算打造出更好的芯片制造方式。

最令人关注的，还是在于如何通过技术革新带给产业更大的进化，比如说在2018年底，英特尔就曾与加州大学柏克莱分校共同发表了自旋电子学的进展，自旋是一种量子力学属性，可以使电子像具有南北极的磁铁那样运动，因此可以通过操控场域的方向来储存和处理数据。

电荷与自旋是电子的两个特有属性。自19世纪以来，人类开始调控电子的电荷属性，发展了以半导体为基础的微电子学，奠定了第三次产业革命的基础。

然而目前遇到器件功耗增大和制造成本增加的局限，现行模式的微电子工业的发展，也必将受到量子效应限制。但回过头来看，量子效应却也是带领半导体产业前进下个世代的重要工具。

进一步利用电子的自旋属性开发新型的电子自旋器件，具有广阔的前景，将成为下一轮信息产业革命的核心技术之一。

自旋电子设备可以在没有持续给予稳定电流的情况下仍能维持磁性，且能在超低能耗的情境下运行，与传统基于CMOS的芯片技术相较之下，自旋电子芯片就好比一匹只需要喝点水，就能跑得超快超远的马，其他老马只能被远远甩在后面。然而自旋电子技术目前仍存在瑕疵，这个瑕疵会改变动量进而影响电子旋转，进而让电子旋转的速度或轨迹出现变化，使得欲研发出能让电子在长时间内稳定保持同一方向自旋的中央处理器芯片变得非常的困难。

不过研究人员也发现，只要芯片材料中使用了铋氧化铟，就可以帮助旋转的电子稳定在某个方向，而通过这个材料的导入，只要施加正确的电压，就能人为控制电子的旋转方向。

当然，要制造这种芯片其实还有不小的挑战，由于目前的半导体产业的主流芯片的设计和制造都是基于CMO基础之上，换言之，只要不改变这个基础，其实来来去去就是走别人的路，没有所谓的自主。而英特尔则是要创造一个全新的路，正如数十年前他们创造出CPU这个概念架构一样。

另一方面，英特尔在AI计算的通用架构的演进，有了极大的进展。

英特尔在前几天发表了Pohoiki Beach的系统方案，该方案由最多达64颗Loihi芯片所组成，神经元总数达到800万个。

Loihi是英特尔为了研究自主学习的人工智能芯片架构，这与目前主流AI芯片采用的脉动架构有很大的不同，Loihi模仿了大脑的运作方式，以“刺激神经元”作为其基本的计算基础，根据环境的不同反馈模式进行操作。

这些神经元代替了当今硅片中的传统逻辑门，并且没有将信息作为二进制1和0处理，而是将它们发送的信号加权，使其功能比二进制更加模拟。而且，与CPU不同，这些神经元不受中央“时钟”的控制，而是可以在需要时触发。

也因为它仿真了大脑神经元的作用原理，不需要全局时钟信号，而是使用异步脉冲神经网络(SNN)。没有神经刺激的时候，基本上不会有功耗发生，这与现在的AI芯片有很大的不同。

英特尔宣称，在稀疏编码、图式搜索、路径规划、同时定位和建图(SLAM)、约束满足问题等特定应用中，Loihi要比传统CPU速度快最多1000倍，能效高最多10000倍。

而依照官方说法，这种方案非常适合用在自动驾驶、无人机、机器人等需要自主判断地图与学习场景特征的智能应用，而英特尔对此表示，该系统在达到现有以CPU/GPU组合系统同样效果的前提下，只需要前者的百分之一功耗。

想象一下，光是核心计算系统的不同，未来电动车行驶里程就能明显增加，或者能够塞入更多传感器或电子设备，而不用像现在，有着极为紧迫的功耗预算。

英特尔也表示，在今年底他们就会把这套系统的规模增加到一亿个神经元，目前也已经可以提供给开发者相关的参考平台。

对未来的计算生态与架构而言，如果延续现有的道路，其实会比较轻松，但是这么一来，就会永远受制于现有领域的领导者，比如说芯片制造，你大概永远超越不了台积电，GPU也超越不了NVIDIA。这是非常长远的布局，可能会影响下半个世纪的计算产业发展，可能多数人都无法体会去做一个这么花钱，但可能十年内都看不到效益的东西有何意义。但如果产业策略永远只看目前三五年的收益，那么最终只会受制于人。