彻底颠覆计算机运作方式的类人脑芯片

自20世纪40年代计算机技术出现伊始，研制模拟人脑设备的想法既激起了科学家们的兴趣，又让他们感到彷徨。人脑是一个与众不同的器官。这个犹如柚子般大小的海绵体仅消耗20瓦电力，便能使人类理解复杂的概念、畅游物质世界、并创造出非凡的事物——从宇宙飞船到十四行诗。

显然，模仿人脑已被证实是无比困难的。传统计算机甚至不敢尝试。它们使用线性逻辑和硬连线电路来进行计算、发送消息、分析数据、组织知识，虽然消耗大量电力，但仍然无法与人脑千变万化的思维能力匹敌。

然而今天，我们已经站在了计算机的历史转折点上。在美国国防部高级研究计划局的资助以及多所高校科学家的帮助下，IBM研究院的SyNAPSE团队研发出了既强大、又节能的神经突触芯片，它将帮助计算机行业的先驱们实现梦想。IBM院士兼SyNAPSE项目组首席研究员Dharmendra S. Modha说：“我希望该科研成果能够激发我们的灵感，让我们重新思考计算机能为人类做些什么。” 《Science》杂志已于近日刊登了该项突破性成就的文章。

被SyNAPSE团队命名为TrueNorth的感官微处理器能够处理基于感官的多个用脑情境，包括视觉、听觉及多感官情境。该芯片尤其适用于因电力和容积问题而导致计算能力受到限制的情况，如机器人、传感器网络、公共安全监控应用、以及作为移动传感设备使用的智能手机等。

此外，该芯片也可与诸如IBM Watson等其他认知计算技术结合使用，可实现具有学习和推理能力的系统，帮助人类做出更佳的决策。

每个TrueNorth芯片都包含100万个可编程神经元(是当今现有最大神经突触芯片的16倍)及2.56亿个突触。54亿个晶体管使该芯片成为迄今世界上制造的最大的数字集成电路之一。

通过将数十或数百个TrueNorth芯片平铺于电路板上，您能够快速扩展至超级计算级能力。设想一下，这样就能够通过全世界每一台电波望远镜实时分析来自外太空的所有数据。卓越的能效与强大的数据处理能力对该芯片而言同等重要。单个TrueNorth处理器仅需消耗70毫瓦的电力。进行生物实时运算时，基于该芯片的计算机的能效比传统系统低数个数量级。

以下是该芯片的工作原理：

诸如摄像机等传感设备将检测到的信号发送至布满神经元和突触的片上网络。这些信号被转换成尖峰电流，沿着与人脑轴突线对应的电线流动，和与人脑神经元对应的数字交换机接触，然后根据其组成和强度，通过虚拟轴突和突触分散至其他神经元。通过这种方式，神经网络将能够了解信号模式并且通过识别重复模式进行学习。

三星电子采用其先进的28纳米CMOS技术——当今制造芯片的主流方法，为IBM公司制造该芯片。

SyNAPSE团队还开发了软件生态圈来帮助TrueNorth技术付诸于实践，包括名为“Compass”的模拟器以及名为“Corelet”的编程环境。该编程环境允许应用程序开发者创建可复用的软件模块，进行实时视频分析、信号处理、以及对象检测、分类和识别。

我能设想出TrueNorth的多种用途。例如帮助盲人看见东西的智能眼镜。这种眼镜将能够通过实时视频分析来帮助佩戴者绕过障碍物，甚至通过入耳式接收器听到其他人窃窃私语的关键信息。再或者像便携式健康诊断设备。

若在医院手术室使用TrueNorth系统会怎样?在探查手术中，医生能够对人体组织样本进行实时分析，从而降低组织切除或二次手术的需求。

汽车制造商可以使用该芯片来帮助试驾未来的无人驾驶汽车。当今的试验性车辆根本无法像人类那样真正“看清”道路。他们必须通过编程对各种路况做出反应。基于该芯片技术的系统将能够自行了解路况并对意外情况熟练地做出反应。

您可以使用数千个此类芯片建造出非常强大的超级计算机。

而且，我敢保证TrueNorth有朝一日会用于智能手机中;您可以设想一下，快速轻松完成身份鉴定的面部识别系统、或者能够嗅出空气中污染源、漏气点或其他有毒物质的系统。

当SyNAPSE团队于8年前开始这项工作时，人们普遍认为他们不会取得成功，但Dharmendra和他的团队做到了。他们设计出该芯片并且围绕其构建了技术生态系统。

他们实现了科学界长久以来的梦想。虽然这只是类人脑技术研究过程中的第一步，但我们已经真正踏上了通往计算新时代的道路。