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類腦計算機:一種新型的計算系統
作者:胡萍 | 來源:計算機世界
2020-09-03
在腦科學中,誰能拔得頭籌,就能率先奪得未來話語權。

 

類腦計算機(圖片源自網絡)

近日,中國浙江大學聯合之江實驗室共同研制成功了國內首臺基于自主知識產權類腦芯片的類腦計算機(Darwin Mouse)。這臺類腦計算機包含792顆浙江大學研制的達爾文2代類腦芯片,支持1.2億脈沖神經元、近千億神經突觸,與小鼠大腦神經元數量規模相當,典型運行功耗只需要350-500瓦,同時它也是目前國際上神經元規模最大的類腦計算機。類腦計算機通過模擬海馬體記憶機制,實現對大腦內部記憶信息的存取,構造一種全新的人工智能系統。

發軔于1956年的人工智能,曾試圖賦予計算機更多的類人智能,但至今仍未成功,更談不上具有自主學習、想象創造等人類智能的高級特征。不過,近年來,“類腦計算”卻從理念走向實踐,正走出一條制造類人智能的新途徑。未來的計算機,或許真的越來越像人類“大腦”;實際上,人腦本身就是許多智能技術解決問題的靈感來源,它們通過機器學習,特別是深度學習來解決問題。

隨著圖像處理、模式識別、機器翻譯、機器學習、信息檢索、數據挖掘等一系列以智能為核心的應用加速興起,傳統的計算機愈發顯得“力不從心”,人們也開啟了比“曼哈頓計劃”更具挑戰性的“仿腦”和“造腦”計劃。所謂“類腦計算機”,就是指仿真、模擬和學習借鑒人腦的神經系統結構和信息處理過程,構建出具有學習能力的超低功耗新型計算系統。

類腦計算系統是借鑒人腦信息處理方式,打破“馮·諾依曼”架構束縛,適于實時處理非結構化信息、具有自主學習能力的超低功耗新型計算系統。它將引領一次智能革命,必將在各個領域極大地拓展人類的智力活動范疇。類腦計算將引領一次智能革命,必將在各個領域極大拓展人類的智力活動范疇。類腦計算系統是人工通用智能的基石,是智能機器人的核心,擁有極為廣闊的應用前景。

類腦計算是一門綜合科學,它與生物學、物理學、數學、計算機科學和電子工程等都有關系。根據英國《經濟學人》雜志的報道,歐洲類腦計算的領軍人物、德國海德堡大學的物理學家卡爾海因茨·梅爾教授認為,類腦計算的終極目標是開發出一種具備部分、甚至全部人腦擁有而普通計算機沒有的特征的新型計算系統。類腦計算是本世紀科學界的重大挑戰之一,是目前計算機科學和人工智能領域備受關注的重要課題。

人腦的功能非常強大,目前有許多仿真工作正在進行,但在傳統計算機架構上進行神經形態計算(也被稱為脈沖神經網絡)的能耗非常高。事實上,微電子和生物大腦作為信息處理的物理平臺,本身都是高能效的,因此構建新型計算機結構意義重大;更重要的是,神經形態計算系統的信息處理方式與人腦類似,是發展感知認知、自主學習等新型智能的基礎平臺。

美國IBM于2014年開發出與人腦類似的TrueNorth系統,該系統運用扮演神經元角色的模塊化芯片。TrueNorth芯片并沒有采用“馮·諾依曼”架構,而是模仿了人類大腦的神經元結構,它的計算效率和可擴展性都遠勝今天的電子計算機。不過,《麻省理工學院科技評論》的一篇報道中說,IBM的這一芯片沒有獨立的內存和處理模塊,因為它的神經元和突觸將這兩種功能交織在一起。與傳統的微處理器對比,這種新型芯片在處理數據方面要遜色一些,但是它在處理圖像、聲音和其它感官數據上都更有優勢。

目前,類腦計算機這種新型的計算系統已引起國際社會的普遍關注,成為當今科技的熱點問題。例如,美國、日本、德國、英國、中國、加拿大等先后推出腦科學研究計劃,希望搶占未來技術的制高點、掌握未來戰略的主動權。同時,許多科技企業紛紛推出類腦智能研究計劃,在以IBM、谷歌、微軟、科大訊飛等為代表的龍頭企業的推動下,類腦智能受到高度關注。中國著名學者周海中教授曾經說過:“在腦科學中,誰能拔得頭籌,就能率先奪得未來話語權。”最終結果如何,人們將拭目以待。

作者供職于新加坡南洋理工大學工學院

責任編輯:焦旭

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