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类脑计算机:一种新型的计算系统

返回列表 来源: 发布日期: 2020.09.15

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近日,中国浙江大学联合之江实验室共同研制成功了国内首台基于自主知识产权类脑芯片的类脑计算机(Darwin Mouse)。这台类脑计算机包含792颗浙江大学研制的达尔文2代类脑芯片,支持1.2亿脉冲神经元、近千亿神经突触,与小鼠大脑神经元数量规模相当,典型运行功耗只需要350-500瓦,同时它也是目前国际上神经元规模最大的类脑计算机。类脑计算机通过模拟海马体记忆机制,实现对大脑内部记忆信息的存取,构造一种全新的人工智能系统。

发轫于1956年的人工智能,曾试图赋予计算机更多的类人智能,但至今仍未成功,更谈不上具有自主学习、想象创造等人类智能的高级特征。不过,近年来,“类脑计算”却从理念走向实践,正走出一条制造类人智能的新途径。未来的计算机,或许真的越来越像人类“大脑”;实际上,人脑本身就是许多智能技术解决问题的灵感来源,它们通过机器学习,特别是深度学习来解决问题。

随着图像处理、模式识别、机器翻译、机器学习、信息检索、数据挖掘等一系列以智能为核心的应用加速兴起,传统的计算机愈发显得“力不从心”,人们也开启了比“曼哈顿计划”更具挑战性的“仿脑”和“造脑”计划。所谓“类脑计算机”,就是指仿真、模拟和学习借鉴人脑的神经系统结构和信息处理过程,构建出具有学习能力的超低功耗新型计算系统。

类脑计算系统是借鉴人脑信息处理方式,打破“冯·诺依曼”架构束缚,适于实时处理非结构化信息、具有自主学习能力的超低功耗新型计算系统。它将引领一次智能革命,必将在各个领域极大地拓展人类的智力活动范畴。类脑计算将引领一次智能革命,必将在各个领域极大拓展人类的智力活动范畴。类脑计算系统是人工通用智能的基石,是智能机器人的核心,拥有极为广阔的应用前景。

类脑计算是一门综合科学,它与生物学、物理学、数学、计算机科学和电子工程等都有关系。根据英国《经济学人》杂志的报道,欧洲类脑计算的领军人物、德国海德堡大学的物理学家卡尔海因茨·梅尔教授认为,类脑计算的终极目标是开发出一种具备部分、甚至全部人脑拥有而普通计算机没有的特征的新型计算系统。类脑计算是本世纪科学界的重大挑战之一,是目前计算机科学和人工智能领域备受关注的重要课题。

人脑的功能非常强大,目前有许多仿真工作正在进行,但在传统计算机架构上进行神经形态计算(也被称为脉冲神经网络)的能耗非常高。事实上,微电子和生物大脑作为信息处理的物理平台,本身都是高能效的,因此构建新型计算机结构意义重大;更重要的是,神经形态计算系统的信息处理方式与人脑类似,是发展感知认知、自主学习等新型智能的基础平台。

美国IBM于2014年开发出与人脑类似的TrueNorth系统,该系统运用扮演神经元角色的模块化芯片。TrueNorth芯片并没有采用“冯·诺依曼”架构,而是模仿了人类大脑的神经元结构,它的计算效率和可扩展性都远胜今天的电子计算机。不过,《麻省理工学院科技评论》的一篇报道中说,IBM的这一芯片没有独立的内存和处理模块,因为它的神经元和突触将这两种功能交织在一起。与传统的微处理器对比,这种新型芯片在处理数据方面要逊色一些,但是它在处理图像、声音和其它感官数据上都更有优势。

目前,类脑计算机这种新型的计算系统已引起国际社会的普遍关注,成为当今科技的热点问题。例如,美国、日本、德国、英国、中国、加拿大等先后推出脑科学研究计划,希望抢占未来技术的制高点、掌握未来战略的主动权。同时,许多科技企业纷纷推出类脑智能研究计划,在以IBM、谷歌、微软、科大讯飞等为代表的龙头企业的推动下,类脑智能受到高度关注。中国著名学者周海中教授曾经说过:“在脑科学中,谁能拔得头筹,就能率先夺得未来话语权。”最终结果如何,人们将拭目以待。

作者供职于新加坡南洋理工大学工学院

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