英特爾欲重鑄摩爾定律，自旋電子與超大規模神經元處理器成敲門磚_風聞

對於在計算、半導體制造領域浸淫數十年的英特爾而言，現在是最具挑戰的年代，但也是機會最好的年代。

目前因為GPU、NPU等針對神經網絡加速的計算架構崛起，CPU的地位已經一定程度被削弱，且還伴隨着AMD的重新崛起，英特爾看來前途茫茫，但實際上，英特爾並沒有中斷在各領域的技術研發，在退出晶圓代工服務及5G業務之後，也更集中精力發展各種針對未來的計算架構。

摩爾定律由英特爾所創，雖然近年來有不少論點指出，摩爾定律已經很難延續下去，但實際上，包含神經網絡芯片、量子計算等不同計算架構的推出，以及英特爾正在積極研發的自旋電子技術，對整個半導體業界來説，摩爾定律不只能夠延續下去，未來甚至可能需要更新摩爾定律的定義，因為未來算力可能增長幅度還會比過去十年更驚人。

英特爾目前在計算領域中，除了CPU核心的持續改進，且重新加入GPU計算的戰場，同時針對未來異構計算打造出更好的芯片製造方式。

最令人關注的，還是在於如何通過技術革新帶給產業更大的進化，比如説在2018年底，英特爾就曾與加州大學柏克萊分校共同發表了自旋電子學的進展，自旋是一種量子力學屬性，可以使電子像具有南北極的磁鐵那樣運動，因此可以通過操控場域的方向來儲存和處理數據。

電荷與自旋是電子的兩個特有屬性。自19世紀以來，人類開始調控電子的電荷屬性，發展了以半導體為基礎的微電子學，奠定了第三次產業革命的基礎。

然而目前遇到器件功耗增大和製造成本增加的侷限，現行模式的微電子工業的發展，也必將受到量子效應限制。但回過頭來看，量子效應卻也是帶領半導體產業前進下個世代的重要工具。

進一步利用電子的自旋屬性開發新型的電子自旋器件，具有廣闊的前景，將成為下一輪信息產業革命的核心技術之一。

自旋電子設備可以在沒有持續給予穩定電流的情況下仍能維持磁性，且能在超低能耗的情境下運行，與傳統基於CMOS的芯片技術相較之下，自旋電子芯片就好比一匹只需要喝點水，就能跑得超快超遠的馬，其他老馬只能被遠遠甩在後面。然而自旋電子技術目前仍存在瑕疵，這個瑕疵會改變動量進而影響電子旋轉，進而讓電子旋轉的速度或軌跡出現變化，使得欲研發出能讓電子在長時間內穩定保持同一方向自旋的中央處理器芯片變得非常的困難。

不過研究人員也發現，只要芯片材料中使用了鉍氧化銦，就可以幫助旋轉的電子穩定在某個方向，而通過這個材料的導入，只要施加正確的電壓，就能人為控制電子的旋轉方向。

當然，要製造這種芯片其實還有不小的挑戰，由於目前的半導體產業的主流芯片的設計和製造都是基於CMO基礎之上，換言之，只要不改變這個基礎，其實來來去去就是走別人的路，沒有所謂的自主。而英特爾則是要創造一個全新的路，正如數十年前他們創造出CPU這個概念架構一樣。

另一方面，英特爾在AI計算的通用架構的演進，有了極大的進展。

英特爾在前幾天發表了Pohoiki Beach的系統方案，該方案由最多達64顆Loihi芯片所組成，神經元總數達到800萬個。

Loihi是英特爾為了研究自主學習的人工智能芯片架構，這與目前主流AI芯片採用的脈動架構有很大的不同，Loihi模仿了大腦的運作方式，以“刺激神經元”作為其基本的計算基礎，根據環境的不同反饋模式進行操作。

這些神經元代替了當今硅片中的傳統邏輯門，並且沒有將信息作為二進制1和0處理，而是將它們發送的信號加權，使其功能比二進制更加模擬。而且，與CPU不同，這些神經元不受中央“時鐘”的控制，而是可以在需要時觸發。

也因為它仿真了大腦神經元的作用原理，不需要全局時鐘信號，而是使用異步脈衝神經網絡(SNN)。沒有神經刺激的時候，基本上不會有功耗發生，這與現在的AI芯片有很大的不同。

英特爾宣稱，在稀疏編碼、圖式搜索、路徑規劃、同時定位和建圖(SLAM)、約束滿足問題等特定應用中，Loihi要比傳統CPU速度快最多1000倍，能效高最多10000倍。

而依照官方説法，這種方案非常適合用在自動駕駛、無人機、機器人等需要自主判斷地圖與學習場景特徵的智能應用，而英特爾對此表示，該系統在達到現有以CPU/GPU組合系統同樣效果的前提下，只需要前者的百分之一功耗。

想象一下，光是核心計算系統的不同，未來電動車行駛里程就能明顯增加，或者能夠塞入更多傳感器或電子設備，而不用像現在，有着極為緊迫的功耗預算。

英特爾也表示，在今年底他們就會把這套系統的規模增加到一億個神經元，目前也已經可以提供給開發者相關的參考平台。

對未來的計算生態與架構而言，如果延續現有的道路，其實會比較輕鬆，但是這麼一來，就會永遠受制於現有領域的領導者，比如説芯片製造，你大概永遠超越不了台積電，GPU也超越不了NVIDIA。這是非常長遠的佈局，可能會影響下半個世紀的計算產業發展，可能多數人都無法體會去做一個這麼花錢，但可能十年內都看不到效益的東西有何意義。但如果產業策略永遠只看目前三五年的收益，那麼最終只會受制於人。