IT世界來了個“年輕人”

陳卓

在英雄輩出的IT界，很多人沒注意到，一個“年輕人”來了。

它只有拇指蓋大小，皮膚黝黑，躺在浙江大學計算機系一間再普通不過的實驗室里。

兩個多月前，浙江大學與杭州電子科技大學的研究者把這個小家伙帶來。這支研發團隊中的大多數都是還沒畢業的學生，年齡最小的只有22歲。

不要小看這群年輕人搗鼓出來的小玩意兒，500萬個晶體管藏在它1厘米見方的嬌小身軀里，能模擬生物體的2048個神經元、最多400萬個神經突觸連接。

“你看到的，其實是一個生物。”杭州電子科技大學副教授馬德說，這是我國第一個支持脈沖神經網絡的芯片，一旦信號開始在它的“血管”里流淌，小家伙就能像生物的大腦一樣進行思維，并作出反應。

在正式的“戶口簿”上，新來的“年輕人”有個正經的名字，叫“類腦芯片”。年輕的研究者們還給它取了一個昵稱“達爾文”。

“全球最大的顯卡制造商用物理學家的名字命名他們的芯片，我們干脆找個生物學家的名字。”團隊中最年輕的研究者沈君成笑著說，“就是說我們的芯片也能進化！”

要突破傳統電腦的內存墻，類腦芯片最有前景

黃燦燦的金屬線從達爾文的身體里長出來。黑色的芯片牢牢地嵌在淡藍色的電路板上，等待被信號喚醒。

看上去，它與常見的芯片幾乎沒有區別，但在被新技術晃得眼花繚亂的IT界，它絕對算得上與眾不同。

比起靠晶體管搭建出強大計算能力的計算機，生物大腦的潛能隱藏在數以億計的神經元中。它們由錯綜復雜的神經突觸連成網絡，神經脈沖在其間游走，傳遞著痛或癢、高興或悲傷的信號，并將“運算結果”傳回大腦“司令部”。

“生物的大腦沒有單獨的存儲空間，神經網絡中數量巨大的神經突觸連接構成了生物體的記憶?！瘪R德解釋，類腦芯片體內也有生物體一樣的神經元網絡，它蘊含的巨大能量，或許能在某一天徹底推翻稱霸江湖的“前輩”。

1946年2月15日，埃尼阿克誕生，揭開了現代計算機的時代大幕。它身重27噸，一點看不出炫酷的影子。但它骨子里已經有了和當下電子產品相似的“基因”—CPU加工處理數據，內存負責存儲。

70多年的時間里，這種分工明確的基因幾乎成了顛撲不破的真理，被一代代計算機傳承下來。（1945年，美籍匈牙利科學家馮.諾依曼提出程序存儲思想，并成功將其運用在計算機的設計之中，根據這一原理制造的計算機被稱為馮.諾依曼結構計算機）

日新月異的技術把CPU打造得越來越強大，運算、處理數據的速度增長了1000倍，內存的性能卻遲滯不前。

“就好像把一個現代化工廠建在深山里，空有強大的生產力，原料輸送卻跟不上，造成嚴重的產能過剩?！瘪R德告訴中國青年報記者，“很多人都在想辦法突破馮·諾依曼架構的內存墻，類腦芯片是看起來最有前景的?！?/p>

這個“前景”不只需要在盡量小的芯片上集成盡可能多的晶體管，還要把這些晶體管用復雜的方式連接起來。

以人類為例，我們1.36千克重的大腦里包含了數百億神經元，兩兩之間的突觸連接，數量成百上千。

靠現有的芯片制造技術，可不輕松。對于加入研究團隊的不少學生來講，類腦芯片和一系列全新的概念，他們之前并不熟悉，可年輕人的熱情還是被迅速點燃。

“科幻小說看多了，覺得這個研究弄出來多牛??！”坐在浙江大學圖書館空曠的大廳里，沈君成回憶。這位喜愛小說《三體》的博士生覺得，如果芯片足夠復雜，或許人的大腦和全部思想就能復制進去，這樣人死后就能通過芯片永生了。

他在腦袋里想著“向左”或“向右”，指揮達爾文控球

在剛剛誕生不久的達爾文身上，還看不出那樣巨大的能量。課題組成員、浙江大學計算機系碩士研究生徐曉強坐在它面前，等待把它喚醒。其他人圍成一圈，屏住呼吸。

徐曉強只是盯著電腦屏幕，達爾文就感受到他的存在。在看起來簡陋的軟件界面中，它指揮一只籃球追著目標白球左右運動，或者懸停在球場正中央。

沒有鼠標和鍵盤，徐曉強在腦袋里想著“向左”或“向右”，發射出腦電波，這是他和達爾文唯一的交流“語言”。

徐曉強頭上套著八爪魚一樣的腦電波接收儀，他一思考，腦電波信號就傳回電腦，經過解碼、編碼，再傳給達爾文。晶體管模擬的神經元感受到電子脈沖，通過芯片內負責的突觸連接，一個接一個地傳遞，直到驅動軟件讓小球動起來。

“普通計算機芯片基于海量的數據分析作出判斷，類腦芯片卻可以從復雜的腦電波中找到具體的指令?！闭憬髮W微電子學院朱曉雷博士解釋，“你講話時，聲調會隨情緒變化，而它依然能分辨出這是你的聲音。它靠的是神經元之間互相傳遞的小信息?！?/p>

成熟的類腦芯片像生物大腦一樣工作，能夠辨別圖像

2008年以來，IBM花了6年多時間，開發出一款名叫TrueNorth的類腦芯片，將4096個內核、100萬個“神經元”、2.56億個“突觸”集成在直徑只有幾厘米的方寸之間。

傳統的芯片要想識別圖像，必須把一張完整的圖片解析成若干數值后，再進行運算分析。TrueNorth卻像生物大腦一樣工作，能夠實時識別出附近十字路口的人、自行車、公交車、卡車等，準確率達到80%—相比之下，一臺筆記本編程完成同樣的任務速度要慢100倍，能耗卻是它的1萬倍。

這個芯片屬于對我國禁運的高科技產品，“自主知識產權的研發十分重要”。

一年前，達爾文芯片項目啟動時，全球有十多個來自大學和研究所的課題組在進行類似研究。但它們之間交流并不頻繁。關于類腦芯片，沒有什么被普遍認可的知識。

與IBM公司上億元人民幣的研究經費相比，孕育達爾文的課題組，目前只得到大約100萬元人民幣的項目經費，可指導老師和學生，還是把幾乎所有精力投入了這個不知是否能夠完成的任務。

達爾文誕生后，課題組修改了一款檢測軟件，用來測試它的性能。而喜歡打籃球的徐曉強，特意為這個控制物體左右移動的軟件，做了一個綠茵茵的籃球場，還把他最喜歡的喬丹圖像，圍在了球場周圍。

達爾文的“子孫”，能達到昆蟲、嚙齒動物甚至哺乳動物的大腦能力

眼下，徐曉強算得上達爾文最熟悉的人。

幾次接觸后，達爾文對他發出的腦電波印象最為深刻，徐曉強自己也總結出了規律：“指揮方向時，我想著自己左邊或者右邊的腦袋上破了一個洞?！?/p>

沈君成也試著和年輕的達爾文交流過，但并不總能成功?！盎蛟S是和頭發厚薄有關系！”他不服氣地想。

其實，剛剛研制成功的達爾文還只是這個課題組的試驗品，幼小的它還不會主動學習，只能靠開發板灌輸腦電波信息。

課題組表示，達爾文和先進的TrueNorth還有一定差距，但算得上“追趕國際先進水平的第一步”。在實驗室里，另一塊包含了上萬個神經元的“達爾文二代”眼看就要完成。他們設想，隨著神經元網絡越來越復雜，達爾文的“子孫”，能夠達到昆蟲、嚙齒動物甚至哺乳動物的大腦能力。

從上世紀七八十年代開始，人們就把目光投向仿造生物神經系統的電腦芯片，試圖讓具有神經網絡的電腦芯片像生物一樣“深度學習”。

不管是經常與人聊天的微軟小冰，還是最近頻頻亮相的超級計算機沃森，背后都有人工搭建的神經網絡。它們不只能像普通計算機那樣給出對的答案，還能更“聰明”地給出基于現有信息的最佳答案。

2011年，沃森在美國智力競答電視節目《危險邊緣》中，戰勝兩位實力極強的人類選手，奪得總冠軍。后來又穿上了白大褂，在安德森癌癥中心當上了助理醫生，結合最新研究為病人量身定制最佳診療方案。

但是這些網絡需要大量傳統計算機來支撐。例如，谷歌公司的深度學習系統Google Brain就用了1000臺各帶16核處理器的計算機，而參加《危險邊緣》的沃森，機器占據了一整間屋子。

如果論資排輩，如今躺在浙江大學實驗室里的這塊類腦芯片算得上第3代人工神經網絡。

“從現在的功能來說，達爾文還遠遠比不上小冰成熟?！瘪R德說，“但這就像自然規律一樣，年輕人現在比不上成年人，可是從長遠來看，年輕人總是要勝出的?！?/p>

在不連接的時候，達爾文體內的神經元處于休眠狀態，這讓它極其省電。作出方向識別的時候，它消耗20毫瓦的功率;而英特爾處理器需要全速度運轉，消耗功率是他的幾千倍。

大大降低的功耗，為達爾文騰出了更多施展才能的空間。它不僅有可能被植入眼鏡、手環等智能穿戴設備，讓人臉識別這樣的任務變得更容易。如果功耗能夠進一步降低，它還有可能被植入人類或其他生物體內，真正成為大腦的一部分。

“比如阿爾茨海默病，現在什么藥都治不了，但將來說不定植入一個芯片就搞定了！”沈君成興奮地想。

這個杭州大男孩兒，已經見到身邊有人陷入這種病的困擾，他也早就了解了，這種疾病之所以出現，就是因為大腦里的神經元一個接一個地早早死掉，他想著，如果能植入包含許多神經元、會思考的聰明的達爾文，他們的病說不定就有治了。

“現在當然還離得比較遠?！苯衲瓴┦慷昙壍纳蚓烧f，“但是技術發展這么快，說不定哪一天就真的突破了呢?！?/p>

（本文轉自《中國青年報》）