神经拟态计算基准测试难在哪里？

新技术的成功在一定程度上取决于这种技术所带来的价值，简单说就是要证明新技术比竞争对手的技术好。新技术只有带来新的价值，才能吸引投资者，并让管理者满意。在现有产品的基础上设计一个更小、更快、更轻、更有效的替代品相对比较容易，而创造一个完全不同的新东西要困难得多。i7tednc

神经拟态计算就是工程师正在尝试的一个全新领域，不同系统之间（神经拟态和其他系统）不易进行比较可能是这项技术的一个难点。i7tednc

产生这个难点的一部分原因是因为该领域很复杂。神经拟态技术是从大脑汲取灵感。但正如我们之前所讨论的，要将灵感变为现实，从硬件层面来看有很多种方法，如模拟或数字、尖峰或非尖峰、连续或离散时间、虚拟或直接神经元连接。i7tednc

不同工作小组的目标和重心有时候也各不相同。一些想要仿真生物学，一些专注于能源效率，另外一些希望仿真类人智能，还有一些则只想为日常机器学习的难题找到实用的解决方案。i7tednc

那么，对使用不同接口、编码、技术和方法的神经拟态系统，开发人员要如何进行基准测试并且要花多长时间呢？基准测试过去几年已逐渐成为神经拟态工程的热门话题。实际上2016年就已经开始比较不同应用中的系统，或者运行不同的算法、网络或算法/网络集了，仅今年就发表了三项有关这一主题的研究。i7tednc

我们将在以后的文章中讨论这些研究，本文的重点是理解为什么基准测试仍是一个难题。i7tednc

细节很重要

我们来执行一项学习或识别任务，然后比较其在不同实验系统上的表现。首先，必须选择一项能够在所有系统中执行的任务，尽管这些系统在设计之初可能并没有考虑到这一点。此外，必须考虑整个过程（从加载任务、运行任务到产生输出）以及每个步骤是否都得到了优化。i7tednc

如果没有优化（这是新技术的常见问题），则必须将测量指标进行细分，使之仅用于有关的系统，而非用于整个基础设施(支持这些系统所需)。i7tednc

硬件也可以用这样一种方式来构建，使其能产生适当的数据用于分析，包括不同阶段的性能或功耗。然而，情况往往并非如此。i7tednc

FLOPS（每秒浮点运算）能让事情变得容易，但目前还没有其它等效方法。工程师们尝试使用MAC（乘法累加运算），但MAC更适于深度学习，并不能反映神经拟态工程的复杂性。i7tednc

突触操作也不适用，因为完成任务的方式太多，可以使用的学习规则太多，编码方式太多，突触和神经元功能也太多。i7tednc

即使这些都不是问题，大家都知道，要使系统软件运行，必须对编译器进行量身定制，无一例外。否则，即使是最好的系统也会表现不佳。i7tednc

不良基准的危害

为了更好地理解，让我们看看神经拟态之外的其他技术。桑迪亚国家实验室的Robin Blume-Kohout对量子计算机的基准测试很感兴趣。在一次题为“Not All Benchmarks Are Created Equal”的演讲中，Blume-Kohout表示，对于任何处于早期开发阶段的技术，依赖其基准都是有难度的。i7tednc

他在2018 年的一份技术报告中强调了这一论点，“当今最先进的量子处理器如同处于婴儿阶段。用于成人的测试指标和基准（例如智商或SAT分数）显然不适用于婴儿；婴儿的任务只有一个，就是成长。i7tednc

“监控婴儿成长需要的技能和知识与评估成人所需的完全不同，”他继续说，“孩童与不成熟的技术一样，其成长与进步并非凭直觉能观察到，有时甚至还出现倒退（例如掉乳牙或进入青春期）。”i7tednc

与量子计算相比，神经拟态工程处于更先进的阶段，一些神经拟态系统已经投入实际应用，尽管大部分还是小规模的。但Blume-Kohout的观点对处于“青少年时期”的技术也是有效的。就像在学校，过度考试会让孩子擅长考试却不擅长独立学习，在形成阶段使用错误的基准会使神经拟态工程朝着错误的方向发展。i7tednc

在更早的一篇论文中，Blume-Kohout首先对不良基准测试的危险性提出了警告。i7tednc

阿贡国家实验室的Jack Dongarra在1980年代计算机行业迅速发展之初曾努力寻找评估计算机的最佳方法，他也补充说：“计算机的价值取决于其如何使用，而计算机的使用又因应用、工作负载和时间而异。”i7tednc

Dongarra还断言：“对一个场合有效的评估可能对另一个场合无效，而现在有效的评估可能在很短时间之后就不再有用。”i7tednc

于是就有了这样的警告：“尽管基准在性能评估中是必不可少的，但简单地应用它们可能会产生误导性结果。事实上，不当的基准测试可能比根本没有基准测试更糟糕。”他总结道。i7tednc

接下来，我将深入了解研究人员会尝试哪些方法来解决基准测试的难题。i7tednc

（原文刊登于EDN姐妹网站EETimes美国版，参考链接：Why Benchmarking Neuromorphic Computing is Hard，由Jenny Liao编译。）i7tednc

本文为《电子技术设计》2021年11月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。i7tednc