小小芯片大不同

史峰

自從有了電腦，人們就夢想著有一天能讓電腦的“智商”達到人腦水平。1642年，法國數學家帕斯卡發明了世界上第一臺加減法計算機，它利用齒輪的咬合轉動體現數字之差的規律。1833年，英國科學家巴貝奇準備設計更高級的機械計算機，提出了“全自動化計算機”的設想。

所謂“全自動化”就是設定程序，把算理變成齒輪咬合關系，用這種關系實現運算法則的自動運行。不過由于各種算法的算理程序相當復雜，而機械計算機只有用齒輪做成的“軀體”，并沒有執行更加復雜程序的“大腦”，所以巴貝奇的設想未能實現。

“全自動化機械計算機”雖然沒有變成現實，但巴貝奇的“程序要用‘大腦來執行”的理念成為現代電子計算機的理論基礎。當社會科技水平進入“電子時代”時，科學家把齒輪換成電子元件，成功開發出有芯片的電腦。

芯片是集成電路，功能類似于人腦。只要把加、減、乘、除、乘方、開方、各種函數的復雜程序裝進有芯片的電腦里，就能快速組織系統力量執行各種計算程序，而不再需要機械計算器里“齒輪的咬合轉動”。

傳統電腦芯片是用硅制成的。隨著科技不斷更新換代，電腦硅芯片的體積越來越小，電路集成的規模越來越大，可執行的任務也越來越復雜。然而，由于電腦程序是程序員編寫的指令，電腦芯片通過執行指令來完成預定的運算任務，所以看起來很“聰明”的電腦其實只是“木偶”。

例如，英國國家氣象局使用的一臺運算速度達每秒一萬億次的超級電腦，有時候也表現得“傻乎乎”——預報模式如果脫離了既定程序，常常就會出現錯誤的天氣預報，把“大雨”預報成“晴天”。

人們對傳統硅芯片電腦的“智商表現”并不滿意，能不能把電腦變得像人腦一樣，讓它會學習、懂交流、能感知、可互動呢？模仿大腦制造認知芯片成為科學家最終想贏的有趣挑戰。

不久前，美國IBM公司對外宣布：電腦的升級換代已經進入新時代，新一代的電腦將會有認知能力，讓電腦可從運行程序的工具轉變為具有學習能力的復雜系統。IBM公司所說的“學習能力”就是人類所具有的“認知能力”，即進行主動思考、可自動糾錯、通過學習積累知識經驗的能力。

認知芯片被認為是目前世界上最接近人腦的認知系統，它比傳統電腦芯片的設計多了這樣一些內容：有“神經元”和“突觸”、“軸突”結構，“神經元”負責信息處理，“突觸”負責學習和記憶，“軸突”則負責不同信息之間的溝通。

為完成第一代類腦認知芯片的制作，IBM公司啟用了6個專門實驗室，聯合來自康奈爾大學、威斯康星大學、加州大學、哥倫比亞大學和政府研究機構的上百位研究人員，投入了大量研究經費。

通過艱難的努力，IBM公司在研制認知芯片方面的成果豐碩：2006年，IBM利用認知芯片模擬了老鼠40%大腦活動情況；2007年，模擬了老鼠全部大腦活動情況；2009年IBM宣布，模擬了貓的大腦皮層“記憶學習”功能，同年模擬運行了人類1%大腦皮層的“認知功能”。

時至今日，電腦能解決什么問題并不重要，重要的是它如何處理意外問題。有認知能力的芯片電腦推向市場之后，人們就無須再為電腦死機而煩心了。因為這種電腦可以用自己的認知能力及時發現程序設計中的錯誤，并且自動糾正錯誤，把程序員留下來的程序陷阱修補回來，當錯誤程序被修正后，電腦就不會因再觸動錯誤而陷入死機狀態。

當然，目前認知芯片中256個神經元數量還是太少，蝸牛的大腦里就有11000個神經元。事實上，IBM推出的認知芯片的意義并不在于它是否足夠聰明，而在于它宣示了一種類人智能的可行性道路。

既然認知芯片無法成為人腦，有沒有其他思路呢？人工智能專家和生物專家合作，正在開發有機芯片。有機芯片上可容納的電子元件的密度比人腦神經元密度高出100萬倍，且這種芯片傳遞及處理信息的速度也比人腦的思維速度快100萬倍，如果用有機芯片代替硅質芯片，電腦的功能就有可能超越人腦。

裝有有機芯片的電腦又稱為生物電腦。目前最新一代實驗計算機正在用有機芯片模擬人腦構造，努力尋找人腦與有機芯片間的相似處，研制基于整個人體神經網絡的計算機系統。

盡管所能達到的智力還非常有限，但大多數科學家認為，生物電腦計算機是未來發展趨勢，有科學家預言：到2020年，運算速度更快的有機芯片將取代硅質芯片，超人類智能的電腦將變成現實——屆時，在電腦的眼里人類是個“傻瓜”，不知這樣的角色變換你是否能夠接受？