AI芯天下丨2022年有望诞生世界首台类脑超级计算机

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  近日,北京大学科技成果发布会上,北京大学计算机科学技术系主任、AI专家黄铁军预测:2022年,世界有望诞生首台类脑超级计算机,其将模仿生物大脑处理信息,处理速度和规模远超同类机型。也就意味着,约20年后尺寸与人脑相当又能精确模拟人脑功能的“类脑机”或将面世。

  类大脑计算机的意义

  所谓“类脑计算”,就是指仿真、模拟和学习借鉴人脑的神经系统结构和信息处理过程,构建出具有学习能力的超低功耗新型计算系统。未来的计算机,或许真的越来越像人类“大脑”。

  类大脑计算机基于硅芯片,未来不会取代今天的计算机,但会增加他们的能力。今天的计算机不仅不会被取代,它们的未来还会被当做协处理器,这意味着他们可以串联并嵌入到智能手机和巨大的集中式计算机中组成云。

  这种新型计算机一个最大的优点是它具有容忍故障的能力,传统计算机是精确的,但他们由于死脑筋,在遇到失败时就会崩溃,但是新型计算机不一样,它是基于生物设计,因此它的算法是不断变化的,而这也使得系统能够不断地适应并解决故障,从而完成任务。

  

  首台实时模拟人脑机器或4年后出现

  目前类脑机研究仍处在起步阶段,其学习、创造能力还远不如人脑。但是随着相关技术的进一步发展,不可否认,类脑机确有达到甚至超越人脑的可能。

  当神经形态器件和芯片的精密程度发展到一定阶段后,在信息处理速度上或比人脑快几个数量级,同时在外形上没有了人脑骨骼结构的限制。

  距离研制出这样一台“电脑”,我们还有多远的路要走?根据欧盟推出的《人类大脑计划》,到2022年首台实时模拟人类大脑的机器就会出现,约20年后尺寸与人脑相当又能精确模拟人脑功能的类脑机或将面世。

  当类脑机的出现必然会给人们的生活方式,尤其是学习方式带来巨大的变革。类脑机可大量减少人类重复性的工作,同时其也会成为创新灵感的来源之一。

  装有类脑机的机器人可能在功能上与真人无异,会思考、判断、学习,能够提供更贴心的服务,并代替人从事高智力工作,极大地提高工作效率,促进社会经济发展。

  但是,未来高智能机器的发展和广泛使用也可能带来失业、被误用等负面影响,相关的伦理、风险研究应逐步展开,相关法律法规建设也应同步完善。

  

  强人工智能时代来临

  强人工智能时代会在未来20至30年后到来。人工智能走过百年发展历程,目前已步入新一代AI阶段。强人工智能将能够适应环境,应对未知挑战,具有自我意识,达到并超越人类水平。

  类脑机的诞生将拉开强人工智能时代的序幕,而且2022年将有望诞生首台类脑超级计算机。根据欧盟推出的《人类大脑计划》,到2022年首台实时模拟人类大脑的机器就会出现,约20年后尺寸与人脑相当又能精确模拟人脑功能的类脑机或将面世。

  目前通用人工智能与人类智能水平的巨大差距。当前的人工智能系统有智能没智慧、有智商没情商、会计算不会算计、有专能无全能。

  类脑智能是人工智能的一种形态,是人工智能的终极目标,也是人工智能重要的研究手段。

  神经科学、计算机科学、神经网络理论近20年来的长足进步,以及大数据时代对智能计算的需求,使我们今天再次聚焦类脑计算。

  类脑计算是一场令人兴奋又望而生畏的艰难挑战,需要组织多学科交叉的大团队研究。期望值过高,又没有达到预期,随之带来的可能是学科发展的低落甚至灾难,使最初的目标成为皇帝的新衣。

  

  类脑超级计算机项目

  英国曼彻斯特大学计算机科学学院正在研究类脑超级计算机项目,一台拥有100万个处理器内核和1200个互连电路板的超级计算机,它能像人脑一样运作,是迄今能最准确模拟人脑的超级计算机。这台设备名为“脉冲神经网络架构”,英文名为“SpiNNaker”

  它不仅能像大脑一样“思考”,还创造了人脑中神经元的模型,并实时模拟了比其他计算机更多的神经元,它的主要任务是作为模拟部分大脑的模型,如皮质模型、基底神经节模型以及脉冲神经元网络的模型等。

  传统超级计算机的连接机制并不太适合实时大脑建模,SpiNNaker有望比其他机器更好地实时建模更大的神经元网络。

  不过目前完全模拟人脑不可能,SpiNNaker等机器仍然只能管理人脑所进行通信的一小部分,超级计算机在获得独立思考能力之前还有很长的路要走。

  即使拥有100万个处理器,我们也只能达到人类大脑规模的1%。不过,SpiNNaker可以模仿小鼠大脑的功能,鼠脑比人脑小1000倍。

  

  北大视网膜芯片研发

  2015年,北京市科学技术委员会启动“脑科学与类脑计算”专项。黄铁军研究团队联合北京大学基础医学院、视觉损伤与修复教育部重点。2017年,仿视网膜芯片一次流片成功。

  仿视网膜芯片对传统视频芯片的颠覆主要在于“超速”和“全时”。眼睛是亿万年进化而成的精密器官,信息处理机制优越,但由于生理限制,视网膜发放神经脉冲的频率不可能超过100 Hz。

  仿视网膜芯片采用光电技术,发放频率高达40 kHz,“超速”人眼数百倍,能够“看清”高速旋转叶片的文字。

  “全时”则是指从芯片采集的神经脉冲序列中重构出任意时刻的画面,这是真正实现计算机视觉的基础。

  人类由于具有视觉暂留特性,当影视每秒播放数十幅静止图像时,即可产生连续的视觉感受。然而,长期被误认做智能系统“眼睛”的传统视频摄像头与新一代人工智能并不匹配,视网膜芯片才是真正解决计算机视觉问题的第一步。

  超速全时仿视网膜芯片的成功研制,打响了新一代人工智能创新突破的第一枪。这项研究不仅深化了对生物视觉系统信息处理过程的认识,还有望建立其全新的视觉信息表达、编码和分析识别体系,支撑智能机器人、无人机等新一代人工智能产品的发展。

  

  超级计算机的用途

  ①借助于超级计算机的强大而且快速的运算能力,在实验室实施的亚临界核试验,与真正核试爆的效果是相同的。

  ②超级计算机可用来认识和改进汽车、飞机或轮船等交通工具的空气流体动力学、燃料消耗、结构设计、防撞性,并帮助提高乘坐者舒适度、减少噪音等,所有这些都具有潜在的经济和安全收益。

  ③对地震的模拟能帮助人类探索地震预测方法,从而减轻与地震相关的风险。

  ④借助超级计算机预测气候变化,从而减轻气候变化给人类带来的破坏。

  ⑤生物学已经显示出巨大的计算需求,超级计算机将帮助寻找疾病治疗的革命性方法。

  结尾:

  异构架构在超算系统构建层面被广泛接受,并且将会成为超级计算机的一个重要发展趋势,人工智能应用有望成为超算的主流应用之一。让机器像人脑一样工作,这已经不是幻想,已经有科学家走在实现它的路上。

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