类脑机： 像人脑那样工作思考
让机器像人脑一样工作——这不是幻想，已经有科学家走在实现它的路上。
据外媒报道，英国曼彻斯特大学计算机科学学院“激活”了世界上最大的“大脑”——一台类脑超级计算机SpiNNaker。据曼彻斯特大学官网介绍，这台计算机拥有100万个处理器内核（processor cores）,每秒可进行200万亿次运算，处理信息的方式与人脑类似。SpiNNaker设计师、计算机工程教授史蒂夫·弗伯表示，该类脑超算“重构了传统计算机的工作方式”。
模拟生物大脑的信息处理方式
“SpiNNaker之所以被称为类脑超级计算机，是因为它在模仿生物大脑处理信息的方式，而且处理速度和规模远超同类机型，但在体系结构上与传统意义的超级计算机有明显不同。我更倾向于把这类模仿生物大脑的机器统称为‘类脑机’。”北京大学计算机科学技术系主任黄铁军在接受科技日报记者采访时表示，超级计算机往往是指性能更高、规模更大的传统计算机，而类脑机则是指借鉴、模拟生物大脑神经系统结构和信息处理过程的智能机器，而非单纯进行计算任务的传统计算机。
美国加州科技大学校长秦志刚也持有相同观点。“类脑机与传统计算机的工作方式不同。”他表示，个人计算机往往只有1个中央处理器（CPU），该CPU功能强大，可处理多种任务，但在这种模式下，任务只能被接续处理，即处理完一个、才能处理下一个。但类脑机的原型——生物大脑的工作方式并非如此。据统计，人的大脑中约有1000亿个神经元，这些神经元是人脑神经系统最基本的结构和功能单位。每个神经元均可被看成是一个简化版CPU，其计算功能虽比不上计算机的CPU，但胜在数量多，且每个神经元均可独立完成任务。简而言之，可以把大脑看成是由多个同时运转的CPU组成的机器，其具有高效的多任务信息处理能力。
常规超级计算机虽也有大量CPU，但是这些CPU只能进行简单并行工作，相比之下，生物神经元相互连接形成的网络结构要复杂得多。
那么，类脑机如何模仿生物大脑中神经元之间的信息交换和处理过程？
大脑中每个神经元通过数千个神经突触与其他神经元连接，构成可感知、综合处理、反馈信息的神经网络系统。感知到外界信号后，上游神经元可将信号以神经脉冲的形式“发送”给多个下游神经元，下游神经元再将这一脉冲信号传递给更多的神经元。这些神经脉冲信号在神经元之间的传递过程实际上就是大脑处理信息的过程。
“类脑机通过大规模神经形态芯片模拟生物神经网络，每块芯片上都集成了大量电子或光子神经元和突触阵列。”黄铁军介绍，与生物神经元不同，电子版神经元的连接状态可通过软件实现。类脑机处理信息也采用传递神经脉冲信号的方式进行，只是通常不是直接采用生物神经网络的连接模式，而是采用路由交换的方式，提高灵活性。一种典型的做法是将脉冲信号打包，然后利用包裹上的“投递地址”等信息实现面向下游神经元的精准投递；待下游神经元收到大量的信息包，而后根据自身的处理特性生成新的脉冲，再将信息“投递”出去，周而往复。当这种类脑机的计算精度达到一定程度后，就能产生仅生物大脑才具有的某些功能，甚至可能出现“灵感涌现”等高级智能。
更节能，可促进相关学科发展
1981年，美国生物学家杰拉尔德·艾德曼提出了“综合神经建模”理论，这位科学家成为仿真生物大脑领域的先驱者。30多年来，人们花费了大量的精力、财力研究类脑算法、模型及配套硬件设施。以SpiNNaker为例，该项目始建于2006年，迄今已花费了约1500万欧元。
那么，类脑机为何能让人们如此着迷并为之付出诸多努力？“类脑机拥有现阶段主流人工智能模型（如深度神经网络）无法比拟的高智能、低能耗的优势。”中国科学院自动化研究所副所长刘成林表示，深度神经网络往往只具有完成单一任务的智能，如图片识别、语音识别等，缺乏综合处理不同场景信息的能力，这也是制约其未来发展的瓶颈问题之一。类脑机则得益于模仿大脑的“先天优势”，在综合感知、推理等方面的能力更为突出。
类脑机在低能耗方面具有显著的优势。人脑执行计算任务所消耗的能量要比目前通用计算机低很多。正如欧盟在其推出的《人类大脑计划（Human Brain Project）》报告中指出，在处理等量任务时，目前没有任何人工系统能够媲美人脑的低能耗。人类大脑的能耗功率一般在20瓦左右，而一台常用笔记本电脑的耗能功率约为100瓦。这种差距在基于人工神经网络的人工智能上表现得更为显现。2016年，阿尔法狗对战围棋九段高手李世石时，该人工智能程序的功耗达1兆瓦，将近人脑的5万倍。“现阶段类脑机的能耗虽无法降至人脑水平，但比人工神经网络节能。”刘成林表示。
另一方面，类脑机的研究可以促进脑科学和神经科学研究的发展。大脑是人身体中最复杂的器官，其神经结构和运行机理至今仍有很多不清楚的地方，靠影像手段难以直接观测。刘成林指出，类脑机作为模拟大脑的计算模型，通过计算产生类似大脑的活动和智能行为，可以反过来为脑神经结构和功能的研究提供有益的启发。同时，脑科学和神经科学的进步也将促进类脑机向更高智能方向发展。
首台实时模拟人脑机器或4年后出现
“目前类脑机研究仍处在起步阶段，其学习、创造能力还远不如人脑。但是随着相关技术的进一步发展，不可否认，类脑机确有达到甚至超越人脑的可能。”秦志刚说。
黄铁军则描绘了未来类脑机的蓝图：当神经形态器件和芯片的精密程度发展到一定阶段后，在信息处理速度上或比人脑快几个数量级，同时在外形上没有了人脑骨骼结构的限制……
距离研制出这样一台“电脑”，我们还有多远的路要走？黄铁军介绍说，根据欧盟推出的《人类大脑计划》，到2022年首台实时模拟人类大脑的机器就会出现，约20年后尺寸与人脑相当又能精确模拟人脑功能的类脑机或将面世。
当类脑机出现后，它会给我们的生活带来哪些改变？“类脑机的出现必然会给人们的生活方式，尤其是学习方式带来巨大的变革。类脑机可大量减少人类重复性的工作，同时其也会成为创新灵感的来源之一。”秦志刚表示。
刘成林认为，装有类脑机的机器人可能在功能上与真人无异，会思考、判断、学习，能够提供更贴心的服务，并代替人从事高智力工作，极大地提高工作效率，促进社会经济发展。但是，未来高智能机器的发展和广泛使用也可能带来失业、被误用等负面影响，相关的伦理、风险研究应逐步展开，相关法律法规建设也应同步完善。
（责任编辑：王蔚）
*免责声明： 凡本网注明“来源：XXX(非神州瞭望网)”的作品，均转载其它媒体，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。若内容涉及投资建议，仅供参考勿作为投资依据。本网站无法鉴别所上传图片或文字的知识版权，如果侵犯，请及时通知我们，本网站将在第一时间及时删除。
-
- AI应用场景多元化，落地与挑战中寻找产业AI化的最优解
-
10月26日,《2021-2022中国人工智能计算力发展评估报告》(以下简称:报告)在AICC2021人工智能计算大会上发布,旨在通过宏观经济、技术成熟度、AI劳动供给、行业及地域四大方面综合考量和评估我国
2021-11-01
-
- 用AI赋能智能制造转型升级
-
中业科技成立10余年来逐渐发展成为一家NLP（自然语言处理技术）及应用的人工智能公司，并在智能制造领域取得突破。未来是AI的天下，AI不仅能用于互联网社交，还能在物联网和制造业等领
2021-10-25
-
- 技术与场景深度融合 谱就AI大时代繁荣生态图谱
-
锁定重大产业方向，设立以头部企业为依托的开放创新平台，让他们在国家人工智能创新体系中发挥引领作用，是国家新一代人工智能开放创新平台设立的关键诉求。 随着国家新一代人工智能
2021-10-21
-
- 着力推动虚拟现实产业高质量发展
-
新华社南昌10月19日电 2021世界VR产业大会云峰会开幕式19日在江西南昌举行，国务委员王勇出席并致辞。他强调，要以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党中央、国务院决策
2021-10-20
-
- 世界VR产业大会发布中国虚拟现实产业重要成果
-
10月19日，由工业和信息化部、江西省人民政府主办的2021世界VR产业大会云峰会在江西南昌开幕。本次大会以VR让世界更精彩融合发展创新应用为主题，设立奥地利和韩国两个海外分会场，吸引
2021-10-20
-
- 传统行业想获得AI加持，为何这么难
-
AI技术要实现应用，首先数据要达到一定的体量，此外算力也要能支持大规模的模型训练，而后算法方面需要达到一定的精度，端侧算力也要具备一定的推理能力。 之所以目前只有消费互联网
2021-10-18
-
- 山东移动九大模型助力精准“打猫”
-
近年来，山东移动将防范打击电信网络诈骗作为我为群众办实事的具体举措，持续深化开展春雷断卡行动，推动构建清朗的网络空间环境。 今年以来，依托九大模型精准识别，山东公司已累计
2021-09-29
-
- 敲黑板啦，关于5G网络的重要提示
-
敲黑板啦~~随着技术更新迭代，越来越多的人开始用5G手机，请注意：使用5G手机却没有打开5G开关，那用的仍旧是4G网络哦~ 这样的设置步骤，你一定要清楚明了 对绝大多数人来说，睡觉前做的
2021-09-29
-
- 2021国家机器人发展论坛在深圳召开
-
2021年9月24-25日,以创新湾区智造,跨界融合发展为主题的2021国家机器人发展论坛在深圳隆重召开。此次国家机器人发展论坛的举办是学会积极响应中国科协关于开展科创中国品牌工作号召的具体
2021-09-29
-
- 知道创宇入选第九届CNCERT国家级网络安全应急服务支撑单位
-
9月27日下午，第九届CNCERT网络安全应急服务支撑单位授牌仪式在世界互联网大会的互联网之光博览会举办，知道创宇创始人兼CEO赵伟等13家国家级支撑单位代表出席此次授牌仪式。 知道创宇在
2021-09-29