IBM研制新一代芯片可模拟大脑认知能力

　　

IBM研究人员日前研制出新一代计算机芯片，可以模拟大脑认知和活动等能力。

IBM第一代神经突触(neurosynaptic)计算机芯片完全不同于计算机设计与制造的传统理念，它们通过先进算法和硅电路，再现了发生于大脑等生物系统中神经细胞和突触之间的现象。研究人员已经制造出两个这样的芯片模型，目前正在进行测试。

用这种芯片造出来的系统被称为“认知计算机”，它们无法像传统计算机一样进行编程，但可以通过积累经验进行学习，发现事物之间的相互联系，模拟大脑结构和突触可塑性。为了做到这一点，IBM将纳米科学、神经科学和超级计算机原理融入一个为期多年的认知计算系统开发项目中。

IBM及其高校合作伙伴同时还宣布，美国国防高级研究计划局(DARPA)向他们提供了大约2100万美元经费，用以展开SyNAPSE项目第二阶段研发工作。SyNAPSE项目的目标是开发一种先进系统，不仅可以同时分析来自多个感觉形态的信息，而且还能动态地融入环境进行互动。

IBM  研究实验室项目关注达曼德拉·摩德哈(Dharmendra  Modha)说：“这是一个重要计划，将探究统治计算机结构五十余年的冯·诺依曼体系以外的领域。计算机的未来应用会对功能性提出越来越高的要求，而当今计算机体系则无法有效解决这个问题。这些芯片是计算机从计算器转化为学习系统的重要一步。”(轩辰)

技术帝IBM今天宣布它们正在研发一种具有革命性的新一代计算机芯片，在这种新芯片加持下，终结者T-800同学将不再只是电影人物，而很有可能成为现实。

IBM将这种芯片称之为neurosynaptic，不同于现有芯片，neurosynaptic通过先进算法和硅电路，模拟发生于大脑等生物系统中神经细胞和突触之间的现象，进行认知并积累学习。简单来说，就是这种芯片是模拟成一个大脑，并且完成大脑的各种功能。一旦成功，统治计算机结构至今冯·诺依曼体系将会彻底被颠覆。

鉴于这种芯片的吸引力实在太大，所以美帝已经着力推进这件事。美国国防高级研究计划局已经投入2100万美元供IBM及其合作高校进行neurosynaptic第二期的研究工作。或许在不久将来，我们所熟悉那些的科幻电影情节将不再是科幻，嗯，貌似是好还是坏还真难给个定论。

IBM作为计算机行业的领军企业，已成功驰骋65余载，如今它又再创了一个电子大脑——人工智能仿生芯片。  

Big  Blue今天宣布，在四所大学和国防高级研究计划局（DARPA）的协助下，他们研制了一款模拟大脑信息处理方式的计算机芯片的基础设计。

IBM的这款仿生芯片，旨在模拟人类大脑功能，具备如今计算机还不能像人一样处理信息的功能如意识、感知、交互、识别等。

Dharmendra  Modha是DARPA此项目的主要研究者，他同时兼任美国加利福尼亚州圣何塞IBM研究中心的研究员。Dharmendra  Modha在采访中说：“这种芯片，将会成为新一代超级计算机的种子，将结合神经科学和纳米技术。我们今天的计算机其实更像一个大的计算器，而此项研究的目标，就是让它更像人类的大脑，这是截然不同的。”

该芯片必然导致商业智能化，也必将颠覆传统计算模式，用人工大脑的思维来统占和取代信息时代。最终的应用程序将会对商业、政府、科学具有巨大的影像。根据这种芯片设计出来的电脑，可以更好地处理现实世界的问题，这是当今的“计算器”远远达不到的。

IBM在2008年9月就曾宣布该项目的启动，并于2009年达到了第一个里程碑。如今，研究人员已成功完成第一期工程，即设计一个基本的计算单元，可以不断重复复制来搭建仿生计算机的初步架构。

这种新的计算单位或核心与大脑类似，仿生芯片有“神经元”，或者说是数字信息处理器；“突触”是学习和记忆的基础；“轴突”即数据通路可以连接计算机各组织。

这虽然听起来很简单，但与如今的大多数电脑都完全不同。现在被命名为计算机的是建立在冯诺依曼架构的基础之上，特别是在“冯诺依曼瓶颈”之下，IBM的创想更值得人期待。

仿生处理器集成内存运行速度并不快，发送数据大概在10Hz左右，远远被今天5000Hz的电脑抛在后面。但是！人类的大脑是无数多任务同时开展的，这是相当可怕的。同时在各个方向上发送信号，大脑的10亿个神经元和10万亿个连接（突触）加在一起计算，产生的能量是相当巨大的。

IBM就希望效仿这一大脑结构创建全新的芯片。

该研究小组目前已建立起第一批类似人脑的计算单元，由256个神经元，256×256个突触和256个轴突构成。  换句话说，它已经拥有了处理器，内存和通信的基本架构。  此外这种类人脑结构还有另一个好处，运行功耗低，而且在不使用时还可以实现部分关闭。另外这些新的芯片将不会以传统的方式进行编程。  基于它的认知计算机也有望实现学习经验，寻找相关性，建立假设，记住和学习等能力。  由于他们模仿大脑的“结构和突触可塑性”，因而处理过程是分布式和平行式的，而非集中和串行式。

这种IBM人工智能仿生芯片还能重新创建一种类似大脑中发生在神经元和突触之间的“脉冲”现象。  因而其能够处理十分复杂的任务，比如玩Pong游戏。目前已有两个原型芯片被制造出来正在测试。研究人员也即将步入到第2个阶段，创建一个计算机。  目标是创建一个不仅能立刻通过多种感官分析复杂信息，而且能动态修正自身，与环境互动和识别周围发生的事情的计算机。

另外除了玩Pong游戏，IBM的团队还测试过该芯片解决导航，机器视觉，模式识别，联想记忆以及分类等问题的能力。最终，IBM将把该计算单元完全融入到一个完整的硬件和软件的集成系统中去。  Modha说，IBM希望建立一台包含100亿个神经元和100万亿个突触的计算机。这比人类大脑的功都强大10倍以上。  另外Modha还预测，完整的系统只会消耗一千瓦的功率，而且将占据不到两升的量（我们大脑的大小）。  相比之下，目前最快的IBM超级计算机蓝色基因有147,456处理器，内存容量超过144T，有一个巨大的空调柜那么大，消耗超过2兆瓦的电力。

对于具体应用方面，IBM说可以使用认知计算机通过传感器网络和微型电机网络不断记录和报告数据如温度，压力，波高，声学和海潮等来监测世界范围内的供水状况。  然后，它还可以在发生地震的情况下发出海啸警报。而这样的任务传统计算机根本不可能完成。

据悉，该项目是用DARPA捐赠的2100万美元创建的，包括六个IBM实验室，四所大学（康乃尔大学，威斯康星大学，加州大学和哥伦比亚大学）以及一些政府研究人员。虽然这个项目比较新，但是IBM自其1956年创建第一台人脑模拟器（512个神经元）以来就一直在从事对类人脑计算机的研究  。

IBM研究人员说：“如果一切顺利，这将不是5％的飞跃。而是一个巨大的飞跃。  而且到现在为止我们也已经克服了巨大的能够想象到的困难。”

(本文转自电子工程世界)