中國最大的「類腦電腦」發表了!大腦神經元數量規模與小老鼠相當

(本文經合作夥伴 品玩 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈用计算机复刻大脑 〉。首圖來源:品玩。)

【為什麼我們要挑選這篇文章】在科幻作品中,「電腦」與「人腦」的結合一直都是最精彩最吸引人的元素之一。在國外,馬斯克正在打造的腦機帝國  Neuralink 近日亦有 重大突破 ;而在中國,日前浙江大學與之江實驗室共同發布了一台全球神經元規模最大的「類腦電腦」,它有何特別之處?當電腦無限接近人類大腦機制與結構,會帶來什麼重大突破?(責任編輯:藍立晴)

9 月 1 日,浙江大學與之江實驗室共同發布了中國首台基於自主知識產權類腦晶片的類腦電腦 Darwin Mouse。

Darwin Mouse 包含 792 顆浙江大學研製的達爾文 2 代類腦晶片,支援 1.2 億脈衝神經元、近千億神經突觸,與小鼠大腦神經元數量規模相當。相比傳統電腦的高耗能問題,它的典型運行功耗只需要 350 至 500 瓦。

目前它是全球神經元規模最大的類腦電腦,這一成果也標誌著中國類腦運算技術發展迎來新的里程碑。

讓機器無限模仿人類,模擬大腦的機制和結構是人工智慧最重要的發展方向 ,因此在電腦發展方向上,借鑒人腦數據處理方式,來打破「范紐曼型架構」(Von Neumann architecture)就是大勢所趨。

在傳統構架中,運算模組和存儲單元相互分離,CPU 在執行命令時必須先從儲存單元中讀取數據,處理能力明顯受限。

因此科學家們將目光聚焦在人類大腦,希望仿真、模擬和學習借鑒人腦的神經系統結構和數據處理過程,構建出實現高效能與高智能水準的運算系統:類腦電腦。

Darwin Mouse 研究團隊
Darwin Mouse 研究團隊

Darwin Mouse 與它的大腦

類腦電腦 Darwin Mouse 目前還是「大塊頭」,它高 1.6 公尺,由 3 個標準伺服器機櫃組成,從外觀看來,紅色信號燈閃爍不停。

它的體內有 792 顆中國自主產權的達爾文 2 代類腦運算晶片,每顆晶片上有 15 萬個神經元,每 4 顆晶片為一組做成一塊板子,若干塊板子連接成一個模組,然後這些模組像搭積木一樣組建成類腦運算系統。

類腦電腦 Darwin Mouse
類腦電腦 Darwin Mouse

為什麼說它「類腦」,項目研究骨幹馬德副教授解釋道,大腦神經元的工作機制是鉀離子鈉離子的流入流出導致細胞膜電壓變化,從而達到資訊傳遞。 類腦電腦晶片的運作原理就類似這種生物的神經元行為 ,通過脈衝傳遞訊息,這樣就能達到高度並行,效率提升。

當然,要達成這麼多神經元的高效聯動組合,同時把雜亂無章的資訊流有序分配到對應的功能腦區,還需要一個管理中樞。 為此科研人員專為 Darwin Mouse 研發了類腦操作系統:DarwinOS。

這個「大腦中樞」用以達成對類腦電腦硬體資源的有效管理與調度,支撐類腦電腦的運行與應用。據悉這款達爾文類腦操作系統的功能任務切換時間達微秒級,可支援億級類腦硬體資源管理,既可以應用於生活中的智能任務處理,也可以應用於神經科學研究。

Darwin Mouse 的類神經元芯片
Darwin Mouse 的類神經元晶片

目標讓 Darwin Mouse 像大腦一樣「思考」

讓電腦擁有人類大腦的思考能力,是提升其智能水準的重要方向。目前 Darwin Mouse 類腦電腦已經實現了多種智能任務。

比如研究者將類腦電腦作為智能中樞,達到抗洪搶險場景下多個機器人的協同工作。通過演示影片,我們能看到,通過類腦電腦系統,3 台機器人分工明確開展抗洪搶險任務:1 號通過自帶攝影鏡頭巡邏,發現險情呼叫 3 號修理大壩,遇到人體模型呼叫 2 號救援。

三台機器人搶險來源:中國藍新聞
三台機器人搶險。來源:中國藍新聞

TO 編按:抗洪搶險解釋

整個過程涉及到語音辨識、目標檢測、路徑規劃等多項智能任務的同時處理,以及機器人間的協同。

研究人員表示,從表面上看整場任務一般機器人也能實現,但實際上它最大的不同在於三個機器人是在類腦電腦的控制下通過語音展開移動指令,並接受任務分配的,它們通過不同的腦區來操控,功能可隨機應變。

除此之外,Darwin Mouse 還通過模擬多個不同腦區,建立了丘腦外側膝狀核的神經網路模型,模擬不同頻率閃動的視覺刺激時該腦區神經元的周期性反應;借鑒海馬體神經迴路結構和神經機制構建了學習-記憶融合模型,達成音樂、詩詞、謎語等的時序記憶功能;甚至還有通過腦電訊號的穩態視覺誘發電位即時解碼,可「意念」打字輸入。

Darwin Mouse 演示意念打字
Darwin Mouse 演示意念打字

最有趣的一項智能任務還是研究人員給 Darwin Mouse 唱一首歌其中的兩句,然後它接棒把後續的內容唱出來。這並非靠搜尋功能實現,而是模擬海馬體的記憶-學習功能,實現類人類大腦的運轉過程。

目前 Darwin Mouse 距離真正的人腦無論規模還是智能化程度都還很遠,可以說它的開發還處於初級階段。

科研人員的下一階段目標是將它變得更「聰明」,當然他們的終極目標是希望類腦電腦到真正大腦一樣的高速工作,以超低功耗提供更強的人工智慧,與范紐曼型架構並存與互補去解決不同的問題。

(本文經合作夥伴 品玩 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈用计算机复刻大脑 〉。首圖來源:品玩。)

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