Intel lance Loihi 2 : puce neuromorphique de nouvelle génération avec programmabilité avancée et mise à l'échelle 3D

Intel a annoncé Loihi 2, son processeur neuromorphique de deuxième génération gravé sur le nœud de pré-production Intel 4. Cette nouvelle puce s'adresse aux chercheurs explorant les réseaux de neurones à impulsions (SNN) de nouvelle génération et offre des gains substantiels en programmabilité, densité et scalabilité.

Principales innovations de Loihi 2

Loihi 2 introduit un jeu d'instructions neuronales entièrement programmable qui permet aux impulsions (spikes) de transporter des charges utiles entières au lieu des valeurs binaires 0/1 utilisées dans Loihi 1. Cette évolution augmente l'expressivité des modèles et réduit le nombre de neurones nécessaires pour une tâche donnée.

Parallèlement au matériel, Intel a dévoilé Lava – une pile logicielle open source qui unifie la programmation événementielle, l'exécution hétérogène et le partage de code communautaire. Ce framework vise à accélérer le développement d'applications neuromorphiques et à combler le fossé entre la recherche et le déploiement.

Alors que les CPU conventionnels utilisent une mémoire à grain fin, Loihi stocke les données directement dans chaque cœur, permettant un fonctionnement véritablement asynchrone qui correspond à la logique temporelle des cerveaux biologiques. Selon Mike Davies, directeur du laboratoire de calcul neuromorphique d'Intel : « Le calcul de la puce émerge de l'interaction dynamique de ses éléments, atteignant un équilibre qui encode la réponse. »

Les premiers prototypes de Loihi ont déjà été déployés dans divers scénarios : contrôleurs de bras robotiques adaptatifs réduisant l'usure, systèmes de reconnaissance olfactive apprenant les odeurs plus vite que les bases de l'apprentissage profond, et moteurs de planification ferroviaire réagissant aux perturbations en temps réel. Ces cas d'usage soulignent le potentiel de la plateforme pour une intelligence réelle à faible consommation.

Améliorations clés de Loihi 2

Loihi 2 conserve 128 cœurs comme son prédécesseur, mais le nombre de neurones est multiplié par huit. La surface globale du die est divisée par deux grâce au processus Intel 4, offrant une augmentation d'environ 15 fois de la capacité du réseau par millimètre carré. La mémoire est partitionnée en banques flexibles et compressée, libérant de l'espace pour des neurones et synapses supplémentaires.

Avec le nouveau jeu d'instructions, les développeurs peuvent programmer des modèles de neurones personnalisés intégrant des opérations arithmétiques, de comparaison et de contrôle de flux. Cette capacité de microcode débloque des architectures SNN plus riches et permet un mappage efficace d'algorithmes complexes.

Les impulsions sur Loihi 2 transportent une charge utile entière configurable, autorisant une messagerie événementielle qui prend en charge les réseaux de neurones sigma-delta (SDNN). Les SDNN calculent des activations graduées comme les DNN traditionnels mais ne transmettent que les changements significatifs, offrant une inférence plus rapide que l'approche strictement temporelle de Loihi 1.

Loihi 2 peut atteindre une accélération de 10× au niveau du circuit et traite les réseaux 5 000 fois plus vite que les neurones biologiques. Le design introduit des ports de mise à l'échelle 3D qui permettent aux maillages planaires de puces de devenir des arrays volumétriques, avec une bande passante inter-puces quadruplée et un trafic d'impulsions compressé dix fois. Globalement, le système offre une augmentation de capacité de 60 fois pour la plupart des charges de travail.

L'apprentissage à trois facteurs, un paradigme d'entraînement neuromorphique de pointe, est désormais pris en charge, permettant aux chercheurs d'approximer la rétropropagation sur le matériel. Cela ouvre de nouvelles voies pour l'entraînement d'architectures profondes directement sur Loihi 2.

Disponibilité de Loihi 2

Les chercheurs peuvent acquérir la carte monopuce Oheo Gulch pour le prototypage rapide, suivie du système huit puces Kapoho Point offrant une interface Ethernet pour des déploiements empilables. Ces cartes fournissent une plateforme à faible latence et haut débit pour des applications edge telles que la robotique.

Lava – L'écosystème logiciel open source

Alors que le matériel a progressé rapidement, le support logiciel a pris du retard. Lava vise à combler ce fossé en offrant une API unifiée pour la programmation asynchrone événementielle et l'exécution hétérogène. Il permet aux développeurs de prototyper sur CPU puis de décharger les noyaux de calcul intensifs vers Loihi 2, abaissant la barrière à l'entrée et favorisant la collaboration entre laboratoires.

Lava est hébergé sur GitHub et accueille les contributions de la communauté neuromorphique. En fournissant des blocs de construction partagés et des modèles d'exemple, le framework cherche à accélérer l'innovation et à favoriser la commercialisation des technologies neuromorphiques.

Publié à l'origine sur EE Times.