十問(wèn)億級(jí)神經(jīng)元類腦計(jì)算機(jī)：AI領(lǐng)域有望突破，哪些還需火候

　　近日，浙江大學(xué)聯(lián)合之江實(shí)驗(yàn)室共同研制成功了中國(guó)首臺(tái)基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)類腦芯片的類腦計(jì)算機(jī)（Darwin Mouse）。

　　研究團(tuán)隊(duì)在9月1日的成果發(fā)布會(huì)上指出，該類腦計(jì)算機(jī)在神經(jīng)元規(guī)模上超越了德國(guó)海德堡大學(xué)的BrainScaleS、IBM的Blue Raven和英特爾公司的Pohiki Springs三大類腦計(jì)算系統(tǒng)，是目前國(guó)際上神經(jīng)元規(guī)模最大的類腦計(jì)算機(jī)。

　　據(jù)悉，這臺(tái)類腦計(jì)算機(jī)包含792顆浙江大學(xué)研制的達(dá)爾文2代類腦芯片，支持1.2億脈沖神經(jīng)元、近千億神經(jīng)突觸，與小鼠大腦神經(jīng)元數(shù)量規(guī)模相當(dāng)，典型運(yùn)行功耗只需要350-500瓦。

　　類腦計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的差別是什么？在哪些設(shè)計(jì)上借鑒了大腦？解決了什么痛點(diǎn)？能否在處理某些任務(wù)上超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)？當(dāng)前類腦計(jì)算發(fā)展到什么程度？何時(shí)能夠應(yīng)用？……帶著這些疑問(wèn)，澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者9月2日專訪了浙江大學(xué)億級(jí)神經(jīng)元類腦計(jì)算機(jī)研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授潘綱。

　　潘綱在采訪中介紹，類腦計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)差別非常大，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的算法和軟件無(wú)法在類腦計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。類腦計(jì)算機(jī)主要用于處理其擅長(zhǎng)的人工智能任務(wù)，并不會(huì)替代馮·諾依曼架構(gòu)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。兩者互補(bǔ)與融合會(huì)是未來(lái)的可能趨勢(shì)。研究團(tuán)隊(duì)將792顆達(dá)爾文2代類腦計(jì)算芯片集成在3臺(tái)1.6米高的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)箱中，形成了機(jī)架式類腦計(jì)算機(jī)Darwin Mouse。

　　研究團(tuán)隊(duì)將792顆達(dá)爾文2代類腦計(jì)算芯片集成在3臺(tái)1.6米高的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)箱中，形成了機(jī)架式類腦計(jì)算機(jī)Darwin Mouse。

　　他表示，Darwin Mouse類腦計(jì)算機(jī)是一個(gè)初步成果，硬件的類腦抽象模擬還較為簡(jiǎn)單，后續(xù)需要繼續(xù)迭代。當(dāng)前，國(guó)際上類腦計(jì)算發(fā)展還處在初級(jí)階段，未來(lái)走向成熟需要硬件、軟件和算法三方面進(jìn)步。

　　談及社會(huì)各界對(duì)此次成果發(fā)布會(huì)的關(guān)注，他表示，研究團(tuán)隊(duì)“做了一個(gè)初步的演示，主要是想告訴大家：類腦計(jì)算機(jī)在很多方面都有很大的潛力，可以往前做?！?/p>

　　研究團(tuán)隊(duì)此次展現(xiàn)了類腦計(jì)算機(jī)可以完成人工智能中的很多任務(wù)，例如語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等。“但具體做到什么樣的精度或者準(zhǔn)確度、能不能直接打敗現(xiàn)在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)呢？我覺(jué)得有些方面可能性還是比較大，但還需要更多努力?！?/p>

　　當(dāng)天發(fā)布會(huì)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了類腦計(jì)算機(jī)的應(yīng)用演示。在類腦計(jì)算機(jī)的控制下，3臺(tái)機(jī)器人接收到語(yǔ)音指令后，分別擔(dān)任巡邏、救援、工程檢修“特種兵”，模擬合作開(kāi)展抗洪救險(xiǎn)任務(wù)。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，課題組成員給計(jì)算機(jī)演唱一首歌其中的兩句，然后，計(jì)算機(jī)通過(guò)回想把后續(xù)的歌曲內(nèi)容“唱”出來(lái)。

　　潘綱在采訪中對(duì)澎湃新聞?dòng)浾弑硎?，未?lái)，類腦計(jì)算機(jī)有望在人工智能等領(lǐng)域做出突破，也可能加速神經(jīng)系統(tǒng)模擬相關(guān)領(lǐng)域的科研工作。

　　潘綱教授分別于1998年、2004年獲得浙江大學(xué)學(xué)士與博士學(xué)位，主要研究方向?yàn)槿斯ぶ悄?、腦機(jī)接口、類腦計(jì)算、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和普適計(jì)算等。

　　他擔(dān)任計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)安全研究所副所長(zhǎng)，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)常務(wù)理事和中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)腦機(jī)融合與生物機(jī)器智能專委會(huì)主任委員。

　　澎湃新聞與潘綱對(duì)話實(shí)錄，整理為10個(gè)問(wèn)答：

　　1.澎湃：什么是類腦計(jì)算機(jī)？類腦計(jì)算機(jī)在哪些設(shè)計(jì)和功能上借鑒了大腦？

　　潘綱：用硬件及軟件模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)制，構(gòu)造一種全新的智能系統(tǒng)，這種顛覆傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)的新型計(jì)算模式，通常稱為類腦計(jì)算。而硬件或者芯片上模擬復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完整可用的計(jì)算系統(tǒng)則被稱作類腦計(jì)算機(jī)。

　　Darwin Mouse類腦計(jì)算機(jī)的“類腦”設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在兩方面：模仿大腦的信息傳遞方式——達(dá)爾文2代類腦芯片通過(guò)脈沖傳遞信號(hào)，類似于生物的神經(jīng)元行為；將大腦運(yùn)算抽象為由神經(jīng)元連接組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用芯片直接模仿單個(gè)神經(jīng)元的計(jì)算模型。

　　Darwin Mouse是在神經(jīng)元尺度上模仿大腦。這種設(shè)計(jì)在功耗層面有巨大的潛力。例如，人腦的典型功耗大概是20瓦左右，相當(dāng)于1-2個(gè)節(jié)能燈的功耗。自然界中，很多神經(jīng)元遠(yuǎn)低于100萬(wàn)的昆蟲(chóng)就能做到實(shí)時(shí)目標(biāo)跟蹤、路徑規(guī)劃、導(dǎo)航和障礙物躲避。

　　2.澎湃：無(wú)論是單個(gè)的神經(jīng)元模型或是通過(guò)脈沖傳遞信號(hào)，這些仿腦設(shè)計(jì)原則上都可以通過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)。為什么需要專門(mén)研制一臺(tái)類腦計(jì)算機(jī)？

　　潘綱：傳統(tǒng)CPU的核心是數(shù)值運(yùn)算和邏輯，用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬億級(jí)脈沖式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行速度慢、計(jì)算能量高等效率問(wèn)題，其效率與類腦計(jì)算機(jī)相比是多個(gè)量級(jí)上的差別。

　　3.澎湃：除了底層芯片之外，類腦計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有什么差異？

　　潘綱：類腦計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)差別非常大，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的算法和軟件在類腦計(jì)算機(jī)上不能運(yùn)行。另外，普通計(jì)算機(jī)能做的事情，類腦計(jì)算機(jī)不是都能做的。比如簡(jiǎn)單的質(zhì)數(shù)分解，其實(shí)現(xiàn)在的類腦計(jì)算機(jī)上是沒(méi)有現(xiàn)成的算法可以實(shí)現(xiàn)。

　　類腦計(jì)算機(jī)能做的是一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以做的事情。這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不是人工智能經(jīng)常討論的已經(jīng)非常簡(jiǎn)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而是有更加生物逼真度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

　　類腦計(jì)算機(jī)主要將用于處理其擅長(zhǎng)的人工智能任務(wù)，并不會(huì)完全替代馮·諾依曼架構(gòu)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。兩者互補(bǔ)與融合會(huì)是未來(lái)的可能趨勢(shì)。

　　4.澎湃：類腦計(jì)算機(jī)在哪些任務(wù)上已經(jīng)做到了超越普通計(jì)算機(jī)？

　　潘綱：我們?cè)诎l(fā)布會(huì)中展現(xiàn)的任務(wù)并非表明都比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)完成得更好，只是從仿腦的技術(shù)路線去做，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的一些任務(wù)，類腦計(jì)算機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)。

　　一定要說(shuō)超過(guò)誰(shuí)呢？我覺(jué)得可能現(xiàn)在火候還欠缺一點(diǎn)，在整體上很多地方都要欠缺一點(diǎn)，例如算法或者軟件。

　　但這樣一套新的技術(shù)體系是有非常大的潛力，可以突破目前人工智能再往前發(fā)展的“下一個(gè)坎”。有望通過(guò)類腦計(jì)算的方式為人工智能乃至其他計(jì)算任務(wù)做出突破。

　　目前來(lái)看，類腦計(jì)算機(jī)的內(nèi)在機(jī)制可以讓計(jì)算機(jī)的功耗降低，這對(duì)計(jì)算機(jī)而言非常重要。目前一些國(guó)際研究結(jié)論表明，類腦計(jì)算機(jī)的功耗至少比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)低1~2個(gè)量級(jí)。

　　此外，凡是與神經(jīng)系統(tǒng)模擬相關(guān)的領(lǐng)域，我們都可以考慮用類腦計(jì)算機(jī)為其制作新的工具，幫助加速研究或是技術(shù)開(kāi)發(fā)。

　　5.澎湃：類腦計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度如何？

　　潘綱：類腦計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度很難與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)比較。例如用于檢測(cè)CPU或超算的指標(biāo)，很多都不是類腦計(jì)算機(jī)所擅長(zhǎng)的。我們內(nèi)部會(huì)參考突觸操作速度和時(shí)延等指標(biāo)。

　　目前超算的評(píng)測(cè)研究相對(duì)比較成熟，有公認(rèn)的指標(biāo)可以比較，讓計(jì)算機(jī)運(yùn)行多種不同類型的計(jì)算任務(wù)，比如線性方程組求解，看誰(shuí)的速度快。但類腦計(jì)算機(jī)目前還沒(méi)有現(xiàn)成的評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　過(guò)幾年，更多類腦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后，應(yīng)該會(huì)有一些相對(duì)來(lái)說(shuō)比較公平的評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　6.澎湃：“全球神經(jīng)元規(guī)模最大”意味著什么？有哪些同類計(jì)算機(jī)？

　　潘綱：我給類腦計(jì)算機(jī)做一個(gè)簡(jiǎn)單的界限：我們把它看做是一定要在硬件或者芯片上模擬復(fù)雜神經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的。如果是在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上的純軟件模擬，就不叫類腦計(jì)算機(jī)。

　　這樣的界限下面，目前國(guó)際上有三個(gè)典型的類腦計(jì)算系統(tǒng)：一是德國(guó)海德堡大學(xué)牽頭的，規(guī)模達(dá)到400萬(wàn)神經(jīng)元；第二個(gè)是IBM，規(guī)模是6400萬(wàn)神經(jīng)元；第三是英特爾，1億神經(jīng)元。

　　媒體以“全球最大”作為宣傳亮點(diǎn)，但我的理解是——我們現(xiàn)在這套類腦計(jì)算機(jī)與目前國(guó)際上最好的類腦計(jì)算機(jī)的規(guī)模是相當(dāng)?shù)?。就?guī)模而言，從研究或者技術(shù)的角度看，（3臺(tái)計(jì)算機(jī)）其實(shí)沒(méi)有本質(zhì)差別。

　　總體上現(xiàn)在國(guó)內(nèi)類腦計(jì)算的發(fā)展還是慢的，特別與美國(guó)和歐洲相比。但是這幾年大家比較重視，國(guó)家的投入也多了。我覺(jué)得接下去幾年應(yīng)該會(huì)慢慢改善，后面還是有比較多的機(jī)會(huì)，未來(lái)可以超過(guò)他們。典型的類腦計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

　　典型的類腦計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

　　7.澎湃：為什么需要研制專門(mén)面向類腦計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)——達(dá)爾文類腦操作系統(tǒng)（DarwinOS）？傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)不能使用？

　　潘綱：對(duì)。操作系統(tǒng)的主要任務(wù)是管理類腦計(jì)算機(jī)的硬件資源，而管理的目的是更加充分高效的利用。因?yàn)橛?jì)算模式不一樣、硬件不一樣，現(xiàn)有的操作系統(tǒng)無(wú)法移植過(guò)來(lái)使用，所以需要自己的操作系統(tǒng)。

　　我們希望如果未來(lái)類腦計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)以后，編寫(xiě)人工智能任務(wù)程序的時(shí)候，只需要針對(duì)操作系統(tǒng)寫(xiě)，而不是針對(duì)芯片。

　　8.澎湃：今年年初，清華大學(xué)微電子所研發(fā)了全球首款多陣列憶阻器存算一體系統(tǒng)，成果在《自然》在線發(fā)表。請(qǐng)問(wèn)浙大的類腦計(jì)算機(jī)與清華這個(gè)存算一體系統(tǒng)之間，在設(shè)計(jì)思路和原理上有什么異同？

　　潘綱：類腦芯片是類腦計(jì)算機(jī)的核心部件，類腦芯片本身有不同的技術(shù)路線，憶阻器是其中一條路線。憶阻器是一種新型器件，可以用來(lái)“搭建”類腦芯片，就好像是芯片中的一種基本磚塊，它有些特別好的性能，例如有“記憶”功能；但是憶阻器目前的工藝還不夠成熟，暫時(shí)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，但未來(lái)很可能是類腦芯片必備的器件

　　我們?nèi)ツ暄兄频倪_(dá)爾文二代類腦芯片因?yàn)樾枰С执笠?guī)模神經(jīng)元，沒(méi)有用憶阻器技術(shù)做，是用一種更加成熟的技術(shù)，與英特爾和IBM的技術(shù)方案比較接近。

　　9.澎湃：團(tuán)隊(duì)對(duì)達(dá)爾文2代類腦芯片有產(chǎn)業(yè)化的計(jì)劃嗎？

　　潘綱：我們暫時(shí)還沒(méi)有，希望在某些關(guān)鍵技術(shù)上再繼續(xù)做一些突破。有很多種原因。雖然現(xiàn)在媒體都很關(guān)注，但我們還是有比較清醒的頭腦，知道類腦計(jì)算技術(shù)并不是說(shuō)幾個(gè)詞語(yǔ)出來(lái)就能馬上用起來(lái)，還是需要一些技術(shù)的沉淀和積累。

　　應(yīng)該說(shuō)，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)還是比較新的，真正應(yīng)用可能還是有一定的距離，還是需要再打磨?；蛘哒f(shuō)還是需要國(guó)內(nèi)外同行們一起努力，再堅(jiān)持做幾年。那樣我覺(jué)得可能會(huì)出現(xiàn)更加成熟的條件，再往下做。現(xiàn)在做其實(shí)也可以，但是可能比較辛苦。

　　10.澎湃：類腦計(jì)算還處于初步階段，如果要實(shí)現(xiàn)類腦計(jì)算機(jī)真正應(yīng)用，或者說(shuō)類腦芯片能夠量產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)其功能，這中間需哪些方面的努力？

　　潘綱：還需要很多工作。芯片上肯定還得改，使其集成度與效率更高。例如IBM單個(gè)類腦芯片才集成100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，實(shí)際上能夠做的事情不多，所以規(guī)模上肯定還要提升。

　　第二方面，算法很重要，最后需要與算法結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。需要依照芯片的仿腦方式，設(shè)計(jì)特別的算法。

　　我在新聞發(fā)布會(huì)上介紹，我們所展示的機(jī)器人有幾個(gè)核心功能，都初步地用類腦的方式實(shí)現(xiàn)了。但客觀的說(shuō)，現(xiàn)在這些核心的功能例如路徑規(guī)劃、圖像識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別等，如果真正去商用，還需要在性能上做出比較大的提高。所以算法是未來(lái)非常重要的一方面。

　　第三方面，類腦計(jì)算機(jī)的硬件、軟件和算法這三個(gè)方面，單憑一個(gè)學(xué)?；蛘咭粋€(gè)單位是做不好的，需要更多有志于類腦計(jì)算的同行們加入。（記者 張唯）

　　轉(zhuǎn)自：澎湃新聞

　　【版權(quán)及免責(zé)聲明】凡本網(wǎng)所屬版權(quán)作品，轉(zhuǎn)載時(shí)須獲得授權(quán)并注明來(lái)源“中國(guó)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)”，違者本網(wǎng)將保留追究其相關(guān)法律責(zé)任的權(quán)力。凡轉(zhuǎn)載文章及企業(yè)宣傳資訊，僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表本網(wǎng)觀點(diǎn)和立場(chǎng)。版權(quán)事宜請(qǐng)聯(lián)系：010-65363056。

延伸閱讀