类脑计算机顾名思义就是与人脑相似的计算机,现在被广泛应用计算机有台式、笔记本、平板等不同的形式,它们都被统称为“电脑”,但其实它们都能力还远远没有达到“脑”的水平。
随着人们对计算机的图像处理、语音识别、数据挖掘等能力的更高的要求,开始希望赋予计算机类似于人脑的“智能”。今天,中国科学家终于在这个领域取得了全球领先的进展。浙江大学联合之江实验室共同研制成功了我国首台基于自主知识产权类脑芯片的类脑计算机 Darwin Mouse。
这意味着计算机这个冰冷的计算机器将真正拥有“大脑”,通过改进和完善将具有真正的自主学习,感知操控等高级的智能演化能力。
将目光瞄准到模仿生物大脑
20 世纪 30 年代中期,德国科学家冯·诺依曼提出了用二进制作为计算机的数制基础,还提出了全世界沿用至今的计算和存储分离的架构。
但人们需要依赖计算机完成的任务越来越多,复杂程度也越来越高,对计算机的运算能力和速度要求也就不仅仅局限在当前的水平。冯·诺依曼架构的局限就体现在计算与存储分离就需要将信息来回搬运,这个搬运的过程成为了运算速度的“拖油瓶”。
Darwin Mouse 类脑计算机研究团队负责人、浙江大学计算机科学与技术学院教授潘纲认为,这种计算模式制约了以大数据为代表的计算性能提升,让数据“跑动”和人工智能高功耗的问题凸显了出来。
类脑计算就是人们想要突破现有计算机瓶颈,将目光瞄准到模仿生物大脑的方式。
完全自主知识产权、全球最大规模
Darwin Mouse 由三个并排而立的机柜组成,包含了 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,有近亿神经突触。
类脑计算是一种颠覆传统计算模式的方式,最大的区别就在于存算一体,有高度的并行能力。潘纲说,“类脑计算是目前国际学术界与工业界的研究焦点,已经被看作是解决人工智能等计算难题的重要路径之一。”
既然是类脑,就要模仿生物的大脑, Darwin Mouse 的神经元数量就与小鼠的大脑神经元数量规模相当,是目前国际上神经元规模最大的类脑计算机。
虽然小鼠的大脑与人类的能力还有很大差距,但它已经可以在与环境的相互作用中做出很多智能行为。甚至连我们一脚就能踩死的昆虫都能在不同环境中做出不同的智能行为反应,知道如何寻找目标、躲避障碍等等。
Darwin Mouse 中使用的类脑芯片是浙江大学自研的,可以模拟大脑神经网络的结构和功能, 在图像、视频、自然语言的模糊处理中具有优势。 Darwin Mouse 的研制成功,也是我国完全自主知识产权的强大的机架式类脑计算机。
Darwin Mouse 的运行功耗只有 350W-500W,是依靠钠离子和钾离子的流入流出导致细胞膜电压变化从而传递信息。当神经元接收到信息时才会启动运行,这也是它能做到如此低功耗运行的原因之一,这一点也和生物的反应相似,高度并行提升效率。
类脑操作系统 DarwinOS
硬件达标了软件自然也要跟上, Darwin Mouse 项目的骨干研究员金孝飞介绍了他们专门研发的类脑操作系统——DarwinOS。
金孝飞说,“ 这台类脑计算机就是像搭积木一样搭起来的。 类脑计算机使用的每颗芯片上都有 15 万个神经元,每 4 颗芯片做成一块板子,若干板子再连接起来成为一个模块。”
虽然 金孝飞使用了大多数人都能理解的“搭积木”做了比喻,但要实现上亿神经元的互联,而且还要让它们实现高效的联动难度是极大的。
DarwinOS 可以实现对异构计算资源的统一调度和管理,为大规模的脉冲神经网络计算任务提供了运行和服务平台。同在研究小组的骨干研究员吕攀说:“ 目前达尔文类脑操作系统的功能任务切换时间达微秒级,可支持亿级类脑硬件资源管理。 ”
Darwin Mouse 可实现多种智能任务
Darwin Mouse 可不是“PPT 发布”它已经实现了多种智能任务,不仅会唱歌、猜谜语、吟诗作对,还能“意念”打字。
Darwin Mouse 的研究团队还用三台机器人进行了演示现场演示,它们的身份分别是抗洪抢险救援任务中的“巡逻员”、“救援员”和“修坝员”。三台机器人分工合作有条不紊的执行任务,而且还不止这么简单,它们还可以随时互换身份,根据任务切换功能。
同样是项目研究骨干成员的李萤副教授说,这些机器人的功能不是固定,而是通过不同的脑区来操控的,这就是 DarwinOS 实现的 计算资源的统一调度和管理能力。
类脑计算机 朝着真正的智能迈进
我们发展类脑计算的原因在于想要赋予计算机智能, 如今的大数据、云计算、人工智能,都是为了实现人类工作生活更高效、便捷而诞生的。 但机器始终是“生产线产物”,想要实现真正的智能演进还需要很多努力。
Darwin Mouse 虽然是目前全球神经元规模最大的类脑计算机,但它与人脑还有很大差距。不过从 1946年世界上第一台计算机诞生到今天,计算机的发展早已超乎了人类当初的想象。如今的类脑计算机虽然还处于初步发展阶段,但未来将有怎样的突破谁又能预料呢?