這臺(tái)計(jì)算機(jī)就是浙江大學(xué)聯(lián)合之江實(shí)驗(yàn)室近日發(fā)布的我國(guó)首臺(tái)類腦計(jì)算機(jī)。效仿大腦神經(jīng)元工作的它，包含了1.2億個(gè)脈沖神經(jīng)元和近千億個(gè)神經(jīng)突觸。這臺(tái)計(jì)算機(jī)，有什么了不起的“超能力”？

1. 像大腦一樣“思考”

在浙江大學(xué)的一間實(shí)驗(yàn)室里，3臺(tái)1.6米高的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)箱并排而立，黑色外殼內(nèi)，紅色信號(hào)燈不斷閃爍。

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類腦計(jì)算機(jī)

“別看外形和一般電子計(jì)算機(jī)沒(méi)什么區(qū)別，類腦計(jì)算機(jī)的內(nèi)核可是非常不同的。”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)院教授潘綱說(shuō)，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，典型運(yùn)行功耗只需要350~500瓦。

類腦計(jì)算機(jī)的芯片模擬的是大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與功能機(jī)制，在圖像、視頻、自然語(yǔ)言模糊處理方面優(yōu)勢(shì)明顯，造出這樣的計(jì)算機(jī)，近來(lái)已是計(jì)算機(jī)科學(xué)的競(jìng)爭(zhēng)前沿。2015年和2019年浙江大學(xué)先后研制成功達(dá)爾文一代和達(dá)爾文二代類腦計(jì)算芯片，在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)向類腦計(jì)算機(jī)進(jìn)軍。

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類腦計(jì)算機(jī)應(yīng)用演示：嗅覺(jué)識(shí)別

“簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，大腦神經(jīng)元的工作機(jī)理可以理解為，隨著神經(jīng)元接受輸入脈沖，其細(xì)胞體的膜電壓升高，當(dāng)達(dá)到特定閾值時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)輸出脈沖到軸突，傳遞到鄰近神經(jīng)元，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。信號(hào)來(lái)時(shí)方啟動(dòng)，沒(méi)有信號(hào)不運(yùn)行。”項(xiàng)目研究骨干、浙江大學(xué)副教授馬德說(shuō)，類腦計(jì)算機(jī)工作原理提煉自生物神經(jīng)元的“日常生活”，相較于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，能耗顯著降低，效率大為提升。

為了讓大量神經(jīng)元高效聯(lián)動(dòng)，令雜亂無(wú)章的信息流得以有序分配，科研人員還專門(mén)研發(fā)了達(dá)爾文類腦操作系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)的功能任務(wù)切換時(shí)間已達(dá)微秒級(jí)。

2. 顛覆傳統(tǒng)的“大塊頭”

相較于我們?nèi)粘Ｊ褂玫男∏奢p便的各類電子計(jì)算機(jī)，今天的類腦計(jì)算機(jī)還是個(gè)“大塊頭”。但科學(xué)家們表示，如果用電子計(jì)算機(jī)的歷史來(lái)衡量，類腦計(jì)算機(jī)現(xiàn)在還處于一切草創(chuàng)的“埃尼阿克”（ENIAC）階段，隨著芯片及其他硬件的不斷迭代升級(jí)，類腦計(jì)算機(jī)“減重”指日可待。

電子計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)上仰賴長(zhǎng)于數(shù)值計(jì)算的馮·諾依曼架構(gòu)，然而，隨著摩爾定理逐漸失效，這一架構(gòu)的局限日益明顯。從存儲(chǔ)到功耗，以至于智慧水平，有前瞻性的科學(xué)家已經(jīng)看到了它的“瓶頸”。

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研究團(tuán)隊(duì)在討論

“馮·諾依曼架構(gòu)中數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和計(jì)算分離，這就好比信息存儲(chǔ)在甲地，要計(jì)算的時(shí)候卻得把信息搬到乙地去，算完了再搬回來(lái)。但搬運(yùn)的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于計(jì)算的速度，反而讓搬運(yùn)本身成為麻煩。”潘綱說(shuō)，“存儲(chǔ)墻”在大數(shù)據(jù)時(shí)代已讓計(jì)算機(jī)性能提升難于施展，如果要從事人工智能等高耗能計(jì)算，計(jì)算機(jī)還會(huì)撞上“功耗墻”。

在數(shù)據(jù)成為基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，計(jì)算能力成為國(guó)家綜合實(shí)力重要量度的當(dāng)下，計(jì)算機(jī)發(fā)展如何實(shí)現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新，成為今日各國(guó)科學(xué)界“兵家必爭(zhēng)之地”，借鑒人類大腦，尤其成為探索焦點(diǎn)。美國(guó)出資1億美金資助IBM和荷美爾（HRL）的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展擬態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算；德國(guó)海德堡大學(xué)等高校積極布局類腦計(jì)算機(jī)……浙大團(tuán)隊(duì)，正在努力追趕上來(lái)。

3. 類腦計(jì)算如何演化？

如果房間里有一只不請(qǐng)自來(lái)的小老鼠，那可是件令人頭疼的事。它可能來(lái)無(wú)影去無(wú)蹤，偷吃食物不說(shuō)，還能精準(zhǔn)繞過(guò)人們?cè)O(shè)下的陷阱。一臺(tái)和小鼠大腦神經(jīng)元運(yùn)算規(guī)模一致的類腦計(jì)算機(jī)，“智力”能達(dá)到什么水平？

在浙大項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)中，類腦計(jì)算機(jī)展示了多方面的能力，比方說(shuō)指揮機(jī)器人完成“抗洪救災(zāi)”模擬任務(wù)。在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，半月談?dòng)浾呖吹饺_(tái)機(jī)器人在計(jì)算機(jī)調(diào)度下各司其職，1號(hào)機(jī)器人自帶攝像頭，在場(chǎng)地來(lái)回巡邏，一旦發(fā)現(xiàn)堤壩缺口，便呼叫負(fù)責(zé)工程維修的3號(hào)機(jī)器人前來(lái)修壩；發(fā)現(xiàn)倒在地上的人體模型后，就呼叫負(fù)責(zé)救援的2號(hào)機(jī)器人……

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類腦計(jì)算機(jī)演示

“這幾臺(tái)機(jī)器人分別受類腦計(jì)算機(jī)的不同‘腦區(qū)’操控，各自功能并不是固定的。1號(hào)機(jī)器人現(xiàn)在干巡邏的活，過(guò)一會(huì)也可以負(fù)責(zé)救援或者工程維修。”項(xiàng)目研究骨干、浙江大學(xué)副教授李瑩說(shuō)。

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類腦計(jì)算機(jī)應(yīng)用演示：意念打字

“意念打字”、腦電信號(hào)實(shí)時(shí)解碼、診斷空氣有害成分……“牙牙學(xué)語(yǔ)”的類腦計(jì)算機(jī)種種表現(xiàn)讓人眼前一亮。不過(guò)，潘綱也指出，目前類腦芯片采用的是簡(jiǎn)化的神經(jīng)元模型，而真實(shí)大腦神經(jīng)元的行為和連接方式要復(fù)雜得太多。眼下，對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，大腦還是一個(gè)“黑盒子”，很多機(jī)理還是未解之謎，從理解腦世界到創(chuàng)造新算法，還有很長(zhǎng)的路要走。