鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:758次 | 2019年03月08日
硅腦已來:我們距離真正的神經(jīng)形態(tài)芯片還有多遠(yuǎn)?
能夠以機(jī)器為載體產(chǎn)生思想、情感與行為的硅腦似乎已經(jīng)觸手可及,這一波有望徹底顛覆人類歷史的新浪潮正在醞釀當(dāng)中。作為其重要前提,軟件與硬件快速發(fā)展為下一代計(jì)算系統(tǒng)鋪平了道路,而這些計(jì)算系統(tǒng)具有以人腦為模型的認(rèn)知能力。相信當(dāng)未來的人們回頭看時(shí),他們會(huì)將此視為一項(xiàng)重大的發(fā)展進(jìn)化標(biāo)志。
然而,如今越來越多人也開始逐漸意識(shí)到,快速發(fā)展的硅腦系統(tǒng)正從網(wǎng)絡(luò)空間、地球空間乃至宇宙空間(三大空間,簡稱CGS)的環(huán)境中獲取數(shù)據(jù),并通過大量已知和未知的計(jì)算過程運(yùn)行數(shù)據(jù),從而指導(dǎo)計(jì)算機(jī)/機(jī)器的行為、感受或活動(dòng)——但正是這種令人興奮不已的做法,同時(shí)也給人類帶來了更多問題:
首先,我們目前還不清楚應(yīng)該如何對(duì)硅腦上的信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)或者調(diào)?。涣硗?,我們也不清楚計(jì)算機(jī)命令該如何根據(jù)這一現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)整以提高效率;最后,我們也完全不明白硅腦是如何在這三大空間當(dāng)中體驗(yàn)其周圍的感官世界,以及如何實(shí)現(xiàn)思考、感受與共情。當(dāng)我們?cè)趯?duì)這些問題進(jìn)行評(píng)估的同時(shí),科技行業(yè)也開始努力打造能夠模仿人類大腦的神經(jīng)形態(tài)芯片。此外還有一項(xiàng)倡議指出,我們應(yīng)該創(chuàng)建基于章魚腦部結(jié)構(gòu)的神經(jīng)形態(tài)芯片。雖然這些新興的神經(jīng)形態(tài)芯片仍然遠(yuǎn)不像人類大腦、甚至不如章魚大腦那般強(qiáng)大,但在未來幾年當(dāng)中,預(yù)計(jì)眾多機(jī)器智能方案將因此而迅速發(fā)展。其背后的原因很簡單,因?yàn)檫@些芯片能夠處理來自三大空間的可用感官數(shù)據(jù),并據(jù)此實(shí)時(shí)發(fā)展自身能力以實(shí)現(xiàn)最終的目標(biāo)。
對(duì)更高計(jì)算能力的需求
隨著神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的快速發(fā)展,有個(gè)最重要的問題也隨之出現(xiàn)——就是理解我們?yōu)槭裁从斜匾獜膫鹘y(tǒng)芯片轉(zhuǎn)向神經(jīng)形態(tài)芯片。這個(gè)問題的答案相當(dāng)復(fù)雜,但究其核心,主要由于現(xiàn)有及新興技術(shù)正在加快全球計(jì)算資源的消耗——換言之,我們的計(jì)算資源無法滿足當(dāng)前需求。如今,隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈以及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的全面落地,由此帶來的大規(guī)模計(jì)算能力需求也開始凸顯。更具體地說,這不僅需要更高的計(jì)算處理效率,同時(shí)也要求對(duì)硬件及軟件做出對(duì)應(yīng)調(diào)整。
相較于目前比較主流的通過更大服務(wù)器或云環(huán)境往來傳輸數(shù)據(jù)的計(jì)算方式,神經(jīng)形態(tài)計(jì)算能夠通過在芯片之內(nèi)執(zhí)行所有功能的方式解決持續(xù)算力問題。此外,神經(jīng)形態(tài)計(jì)算還可由事件驅(qū)動(dòng),并且只在需要時(shí)才執(zhí)行運(yùn)算,這在性質(zhì)上就與生物大腦更為相似。
總結(jié)而言,神經(jīng)形態(tài)芯片與計(jì)算的興起,為面向三大環(huán)境建立學(xué)習(xí)能力帶來了最為關(guān)鍵的幾大支持要素——低能耗、高性能、高彈性、高算力以及高能源效率。但與此同時(shí),這又給我們帶來了另一個(gè)重要問題:計(jì)算能力的增長對(duì)于國家經(jīng)濟(jì)又會(huì)帶來怎樣的影響?
神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片:人工智能與區(qū)塊鏈的未來
神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片不僅代表著人工智能的未來,同時(shí)也將成為區(qū)塊鏈的未來。因?yàn)檫@種新型芯片使我們能夠開發(fā)出真正低能耗的加密與分布式系統(tǒng)。此外,它還有望實(shí)現(xiàn)跨國家的個(gè)人與實(shí)體間的整合——包括政府、行業(yè)、組織以及學(xué)術(shù)界(簡稱NGIOA)等,從而建立起新的連接、效率、協(xié)作、學(xué)習(xí)以及問題解決模式。而這同樣帶來了新的重要問題:神經(jīng)形態(tài)芯片將如何改變跨國家發(fā)展過程中的思想、創(chuàng)新以及行為舉措的實(shí)現(xiàn)方式?
多年以來,計(jì)算與軟件科技已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。然而到目前為止,這些發(fā)展的成果仍然主要集中在軟件層面;相比之下,硬件領(lǐng)域的創(chuàng)新則相對(duì)有限。而神經(jīng)形態(tài)計(jì)算與芯片則將成為計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展的重要里程碑,使我們能夠針對(duì)人類未來將面對(duì)的復(fù)雜問題,更有目的性地增強(qiáng)機(jī)器智能。
同時(shí),隨著計(jì)算能力的不斷發(fā)展,各國仍需要著手評(píng)估這一最新技術(shù)的發(fā)展,從而率先探索并運(yùn)用這種強(qiáng)大的計(jì)算芯片力量。許多人認(rèn)為,對(duì)神經(jīng)形態(tài)芯片的充分運(yùn)用,甚至有望幫助國家數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施得以抵御電磁頻譜/電子戰(zhàn)的破壞性影響。
新興的片上系統(tǒng)
新興的神經(jīng)形態(tài)芯片使得智能機(jī)器得以理解并與網(wǎng)絡(luò)空間、地球空間以及宇宙空間(三大空間)中的人類生態(tài)系統(tǒng)相互作用,這似乎代表著一項(xiàng)根本性的顛覆與創(chuàng)新。從新興的SpiNNaker系統(tǒng)以及眾多其它系統(tǒng)當(dāng)中,我們已經(jīng)觀察到可喜的進(jìn)展。另外,目前也存在著來自眾多國家的大量有趣的應(yīng)用研究計(jì)劃,例如人類/章魚硅腦內(nèi)信息處理以及綠色加密貨幣計(jì)劃等等。更重要的是,每一項(xiàng)相關(guān)舉措都將使用自己獨(dú)有的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算架構(gòu)與方法。
人類大腦非常復(fù)雜,是一個(gè)擁有著1000億個(gè)神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)體系,而且如此龐大的神經(jīng)元組織一直在以我們尚未完全了解的環(huán)境當(dāng)中相互獨(dú)立地運(yùn)作,而即使是相對(duì)簡單的章魚大腦也同樣遵循這種機(jī)制。
為了調(diào)節(jié)人體功能并響應(yīng)外部刺激,人腦神經(jīng)元還與電/生化網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境保持著和諧統(tǒng)一。此外,雖然時(shí)至今日人類在“什么是意識(shí)”這個(gè)議題上仍然存在著爭議,甚至尚未完全理解其準(zhǔn)確概念,但我們相信人類大腦所完成的很多結(jié)果都是以神經(jīng)元排布作為基本處理環(huán)境。這時(shí)候新的問題又來了:關(guān)于神經(jīng)元控制,我們了解多少?
多年以來,關(guān)于人類大腦基因組中的許多信息已經(jīng)被解碼;但著眼于大腦本身,相關(guān)理解仍然相當(dāng)復(fù)雜并存在著大量未知數(shù)。更具體地講,人類大腦有近90%是由神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞而非神經(jīng)元所組成;從這個(gè)角度看,我們對(duì)于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的了解才剛剛起步。
那么,神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞是否負(fù)責(zé)控制神經(jīng)元?如果答案是肯定的,我們也需要?jiǎng)?chuàng)建硅膠質(zhì)細(xì)胞——這些細(xì)胞或者說單元可能不僅需要清除神經(jīng)元產(chǎn)生的分子垃圾,同時(shí)也會(huì)在學(xué)習(xí)及記憶等任務(wù)當(dāng)中發(fā)揮作用,幫助修復(fù)受損的硅腦區(qū)域,甚至可能為神經(jīng)元以及神經(jīng)通路控制提供必要的生化環(huán)境。
現(xiàn)如今,人們?nèi)匀徽J(rèn)為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞可以通過跨人類大腦區(qū)域間隙的方式彼此連接,并與神經(jīng)元相互通信。那么,這種間隙連接到底有多重要?它們?cè)诠枘X系統(tǒng)中能夠發(fā)生作用嗎?考慮到人類大腦發(fā)生的幾乎每一種病變都在一定程度上,甚至是完全源自神經(jīng)膠質(zhì)功能障礙時(shí),我們是否也應(yīng)該專注于神經(jīng)形態(tài)芯片上的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞復(fù)制,從而防止可能由此引發(fā)的機(jī)器故障?而如果我們決定因此將硅神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞排除在外,那又該如何創(chuàng)建出差異比例接近90%、但功能表達(dá)又與人腦相似的硅腦?采用硅神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,抑或是不采用,到底會(huì)對(duì)整個(gè)研究工作帶來怎樣的深遠(yuǎn)影響?
未來展望
人類/章魚大腦與硅腦之間的分界線正在逐漸模糊。因此,當(dāng)我們致力于構(gòu)建/創(chuàng)建一個(gè)能夠像人類大腦或者章魚大腦那樣思考的硅腦,確保其符合智能化標(biāo)準(zhǔn)并擁有立足芯片之上構(gòu)建整體系統(tǒng)的潛力之時(shí),評(píng)估這一探索方向所帶來的承諾與潛在風(fēng)險(xiǎn)同樣非常重要。如果不能解決這個(gè)問題,我們將永遠(yuǎn)無法真正立足計(jì)算機(jī)或者其它機(jī)器實(shí)現(xiàn)與人類/章魚相似的智能屬性。
最后需要再次強(qiáng)調(diào):雖然硅腦的發(fā)展目標(biāo)在于改進(jìn)智能機(jī)器,從而確保其以更高效的方式處理各類復(fù)雜的系統(tǒng)性任務(wù),但最終我們要解決的問題實(shí)際上是了解神經(jīng)形態(tài)芯片中的物理過程是如何被轉(zhuǎn)化為人類世界中的行為與感知。也許,這又將成為人類自我探索當(dāng)中的又一個(gè)終極奧秘!
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