近年來，以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的科技產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等產(chǎn)業(yè)此起彼伏。面對數(shù)字洪流，到底什么樣的技術(shù)才能夠贏得未來？

在12月4日舉辦的英特爾研究院開放日上，英特爾披露了其業(yè)界領(lǐng)先的五大前沿創(chuàng)新技術(shù)進展，主要包括：將光子與低成本、大容量的硅芯片進行集成的關(guān)鍵技術(shù)；英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)（INRC）的最新進展；發(fā)布了第二代低溫控制芯片Horse Ridge II；推出了機器編程研究系統(tǒng)ControlFlag；英特爾保密計算的最新進展。

英特爾高級院士、副總裁、英特爾研究院院長Rich Uhlig表示，英特爾的目標(biāo)是讓每個人都能獲得百億億次級計算。為此，英特爾研究院選擇以上了五個領(lǐng)域來真正大規(guī)模釋放數(shù)據(jù)價值，并且變革人們與數(shù)據(jù)互動的方式。

硅光集成將光互連引入到服務(wù)器中

在數(shù)據(jù)中心里，新的以數(shù)據(jù)為中心的工作負(fù)載每天都在增長，隨著服務(wù)器間的數(shù)據(jù)移動不斷增加，對當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)。行業(yè)正在迅速接近電氣I/O性能的實際極限。隨著計算帶寬需求不斷增長，電氣I/O的規(guī)模無法保持同步增長，從而形成了“I/O功耗墻”，限制了計算運行的可用能源。

英特爾提出了“集成光電”目標(biāo)，即將光互連I/O直接集成到服務(wù)器和封裝中，對數(shù)據(jù)中心進行革新，實現(xiàn)1000倍提升，同時降低成本。英特爾首席工程師、英特爾研究院PHY研究實驗室主任James Jaussi表示，之所以現(xiàn)在需要遷移到光互連I/O，主要有兩個原因，一個是我們正在快速接近電氣性能的物理極限，一個是I/O功耗墻，會導(dǎo)致無法計算。

神經(jīng)擬態(tài)計算速度比CPU快100倍，功耗降低1000多倍

從2015年開始，英特爾就開始了神經(jīng)擬態(tài)計算的研究，2017年英特爾推出了第一款自主學(xué)習(xí)的神經(jīng)擬態(tài)芯片Loihi；到2019年，英特爾推出了包含64塊Loihi的Pohoiki Beach系統(tǒng)，到2020年，英特爾最新推出的Pohoiki Springs包含768塊Loihi芯片，擁有1億個神經(jīng)元。

據(jù)悉，英特爾選擇了“會說話”的玄鳳鸚鵡進行研究。

在開放日上，與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員合作，英特爾展示了Loihi如何自適應(yīng)地控制水平跟蹤無人機平臺，實現(xiàn)最高可達20千赫茲的閉環(huán)速度以及200微秒的視覺處理延遲。與傳統(tǒng)解決方案相比，這意味著效率和速度都提高了1000倍。

英特爾高級首席工程師、英特爾研究院神經(jīng)擬態(tài)計算實驗室主任Mike Davies還表示，在一些機器人工作負(fù)載（如自適應(yīng)機械臂、SLAM）顯示，Loihi的功耗比傳統(tǒng)解決方案低最多100倍；在Pohoiki Springs上實施類似的搜索操作，相比CPU功耗低45倍，運行速度快100多倍；在約束滿足和圖形搜索領(lǐng)域，Loihi速度比CPU快100倍，功耗降低1000多倍。

此外，英特爾還宣布，聯(lián)想、羅技、梅賽德斯-奔馳和機器視覺傳感器公司Prophesee加入了其2018年成立的神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)（INRC），共同探索神經(jīng)擬態(tài)計算在商業(yè)用例上的價值。此次聯(lián)想和奔馳的加入，說明企業(yè)認(rèn)可英特爾神經(jīng)擬態(tài)計算的特性，能夠真正為企業(yè)帶來實際的優(yōu)勢。未來會有更多的商業(yè)應(yīng)用運用上神經(jīng)擬態(tài)技術(shù)。

量子計算取得里程碑突破，但還面臨4大挑戰(zhàn)

在英特爾研究院開放日活動上，英特爾還推出第二代低溫控制芯片Horse Ridge II，這標(biāo)志著英特爾在突破量子計算可擴展性方面取得又一個里程碑。

事實上，可擴展性是量子計算的最大難點之一。在2019年推出的第一代Horse Ridge控制器的創(chuàng)新基礎(chǔ)上，Horse Ridge II支持增強的功能和更高集成度，以實現(xiàn)對量子系統(tǒng)的有效控制。新功能包括操縱和讀取量子位狀態(tài)的能力，以及多個量子位糾纏所需的多個量子位的控制能力。

不過，英特爾高級首席工程師、英特爾研究院量子應(yīng)用與架構(gòu)總監(jiān)Anne Matsuura認(rèn)為，“量子計算使用量子位，然而量子位非常脆弱，目前僅僅有100個量子位甚至數(shù)千個量子位，還沒有辦法造一臺商用級量子計算機，我們需要至少數(shù)百萬個量子位，并且解決4大挑戰(zhàn)。”

具體來看，她提到的四大挑戰(zhàn)主要是，提升量子位的質(zhì)量和并測試時間、量子位的控制、糾錯以及可擴展的全棧量子計算機。

不過，英特爾的低溫控制研究重點，是致力于讓控件和硅自旋量子位達到相同的工作溫度水平。正如Horse Ridge II所展示的那樣，這一領(lǐng)域的不斷進步，代表了當(dāng)今大力擴展量子互連所取得的進步，也是英特爾實現(xiàn)量子實用性長期愿景的關(guān)鍵要素。

綜合來看，英特爾希望通過芯片和電路制造工藝方面等專長，來達到量子實用性，構(gòu)建商用機量子計算機。

讓機器自己編程解放程序員的生產(chǎn)力

在研究院開放日上，英特爾推出的機器編程系統(tǒng)可以自主檢測代碼中的錯誤，幫助軟件開發(fā)者進行耗時費力的Debug。

近幾年來，異構(gòu)計算正在興起，但隨之而來的是跨架構(gòu)編程帶來的難題。因為沒有程序員會同時掌握不同架構(gòu)的編程語言。事實上，在軟件開發(fā)中，開發(fā)者大量時間用于修復(fù)Bug，而不是用于寫代碼。只有當(dāng)這些枯燥的部分自動化，程序員才有更大的自由、靈活度和時間精力去創(chuàng)造。英特爾的機器編程就是要解決這一問題，新的編程工具可以自動debug，同時保證程序質(zhì)量，預(yù)計將會成為程序員們的“新寵”。

此外，修復(fù)Bug不僅費時還占據(jù)成本。數(shù)據(jù)顯示，在IT行業(yè)，軟件開發(fā)成本每年在1.25萬億美元左右，其中約有50%用于Debug代碼。

英特爾首席科學(xué)家Justin Gottschlich表示：“ControlFlag是一個強大的新工具，可以大幅減少評估和Debug代碼所需的時間和成本。研究發(fā)現(xiàn)，軟件開發(fā)者會花費大約一半的時間用來Debug。”

據(jù)英特爾介紹，雖然這款機器編程系統(tǒng)還處于初級階段，但最終目標(biāo)是讓每個人都能創(chuàng)建軟件。每個人都可以通過自己最擅長的方式，如代碼、自然語言或其他方式向機器表達自己的設(shè)計意圖，從而創(chuàng)建軟件。

最后，英特爾研究院安全智能化項目組首席工程師Jason Martin還公布了英特爾在保密計算方面的研究。保密計算旨在保護使用中的數(shù)據(jù)，例如最新的英特爾軟件保護擴展技術(shù)，它將保密性、完整性和認(rèn)證功能整合在一起，像數(shù)據(jù)保險箱一樣，確保使用中的數(shù)據(jù)安全；一種全新的加密系統(tǒng)——完全同態(tài)加密，它允許應(yīng)用在不暴露數(shù)據(jù)的情況下，直接對加密數(shù)據(jù)執(zhí)行計算操作。