來源：IT之家 作者：騎士
據(jù)浙江大學(xué)官方發(fā)布，9 月 1 日，億級(jí)神經(jīng)元類腦計(jì)算機(jī)重大成果新聞發(fā)布會(huì)在杭州召開。浙江大學(xué)校長吳朝暉院士出席并講話。他表示，人工智能浪潮正加快智能增強(qiáng)時(shí)代的到來，類腦計(jì)算機(jī)將成為未來計(jì)算的主要形態(tài)和重要平臺(tái)，將在模擬腦功能、高效實(shí)現(xiàn) AI 算法、提升計(jì)算能力等方面發(fā)揮重要的獨(dú)特作用。
之江實(shí)驗(yàn)室主任、浙江大學(xué)黨委副書記朱世強(qiáng)表示，雙方科研團(tuán)隊(duì)未來將基于我國自主產(chǎn)權(quán)類腦芯片，研制規(guī)模更大的神經(jīng)元類腦計(jì)算機(jī)，同時(shí)研究支撐其運(yùn)行與開發(fā)的類腦基礎(chǔ)軟件體系，并逐步實(shí)現(xiàn)開源與開放，為我國類腦計(jì)算新技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
近日，浙江大學(xué)聯(lián)合之江實(shí)驗(yàn)室共同研制成功了我國首臺(tái)基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)類腦芯片的類腦計(jì)算機(jī)（Darwin Mouse）。
IT 之家了解到，這臺(tái)類腦計(jì)算機(jī)包含 792 顆浙江大學(xué)研制的達(dá)爾文 2 代類腦芯片，支持 1.2 億脈沖神經(jīng)元、近千億神經(jīng)突觸，與小鼠大腦神經(jīng)元數(shù)量規(guī)模相當(dāng)，典型運(yùn)行功耗只需要 350-500 瓦，同時(shí)它也是目前國際上神經(jīng)元規(guī)模最大的類腦計(jì)算機(jī)。
與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還研制了專門面向類腦計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)——達(dá)爾文類腦操作系統(tǒng)（DarwinOS），實(shí)現(xiàn)對(duì)類腦計(jì)算機(jī)硬件資源的有效管理與調(diào)度，支撐類腦計(jì)算機(jī)的運(yùn)行與應(yīng)用。
▲類腦計(jì)算機(jī)，來自浙江大學(xué)
當(dāng)前計(jì)算機(jī)的發(fā)展大多選擇以數(shù)值計(jì)算見長的馮 · 諾依曼架構(gòu)，也就是以數(shù)字加減乘除的方式來進(jìn)行信息架構(gòu)。隨著摩爾定理逐漸失效，馮 · 諾依曼架構(gòu)帶來的局限日益明顯，存儲(chǔ)墻、功耗墻、智能提升等問題，讓當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展面臨重大挑戰(zhàn)。
全球科學(xué)家們將目光瞄準(zhǔn)到模仿生物大腦這個(gè)最初的夢(mèng)想，通過模擬人腦結(jié)構(gòu)與運(yùn)算機(jī)制來發(fā)展新的計(jì)算技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)高能效與高智能水平的計(jì)算。
生物大腦在與環(huán)境相互作用過程中能夠自然產(chǎn)生不同的智能行為，包括語音理解、視覺識(shí)別、決策任務(wù)、操作控制等，而且消耗的能量非常低。自然界中，很多神經(jīng)元遠(yuǎn)低于 100 萬的昆蟲就能做到實(shí)時(shí)目標(biāo)跟蹤、路徑規(guī)劃、導(dǎo)航和障礙物躲避。
研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授潘綱介紹說，用硬件及軟件模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)制，構(gòu)造一種全新的人工智能系統(tǒng)，這種顛覆傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)的新型計(jì)算模式，就是類腦計(jì)算。其特點(diǎn)在于存算一體、事件驅(qū)動(dòng)、高度并行等。
2015 年和 2019 年浙江大學(xué)分別研制成功達(dá)爾文 1 代和達(dá)爾文 2 代類腦計(jì)算芯片，用芯片去模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與功能機(jī)制，在圖像、視頻、自然語言的模糊處理中具有優(yōu)勢(shì)。而這次的成果是將 792 顆我國自主產(chǎn)權(quán)的達(dá)爾文 2 代類腦計(jì)算芯片集成在 3 臺(tái) 1.6 米高的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)箱中，形成了一臺(tái)強(qiáng)大的機(jī)架式類腦計(jì)算機(jī)。
項(xiàng)目研究骨干馬德副教授說，大腦神經(jīng)元的工作機(jī)理是鉀離子鈉離子的流入流出導(dǎo)致細(xì)胞膜電壓變化，從而傳遞信息，" 可以簡單理解為，一個(gè)神經(jīng)元接受輸入脈沖，導(dǎo)致細(xì)胞體的膜電壓升高，當(dāng)膜電壓達(dá)到特定閾值時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)輸出脈沖到軸突，并通過突觸傳遞到后續(xù)神經(jīng)元從而改變其膜電壓，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。"
這里很重要的一點(diǎn)是異步運(yùn)行，也就是信號(hào)來的時(shí)候啟動(dòng)，沒有信號(hào)就不運(yùn)行。類腦芯片的工作原理就類似于生物的神經(jīng)元行為，通過脈沖傳遞信號(hào)，這樣就能實(shí)現(xiàn)高度并行，效率提升。
每顆芯片上有 15 萬個(gè)神經(jīng)元，每 4 顆芯片做成一塊板子，若干塊板子再連接起來成為一個(gè)模塊。這臺(tái)類腦計(jì)算機(jī)就是這樣像搭積木一樣搭起來。
這款達(dá)爾文類腦操作系統(tǒng)（DarwinOS）面向馮 · 諾依曼架構(gòu)與神經(jīng)擬態(tài)架構(gòu)的混合計(jì)算架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異構(gòu)計(jì)算資源的統(tǒng)一調(diào)度和管理，為大規(guī)模脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算任務(wù)提供運(yùn)行和服務(wù)平臺(tái)。據(jù)介紹，目前達(dá)爾文類腦操作系統(tǒng)的功能任務(wù)切換時(shí)間達(dá)微秒級(jí)，可支持億級(jí)類腦硬件資源管理。"
由此，類腦計(jì)算機(jī)研究的價(jià)值真正得以實(shí)現(xiàn)——既可以應(yīng)用于生活中的智能任務(wù)處理，也可以應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)研究，為神經(jīng)科學(xué)家提供更快更大規(guī)模的仿真工具，提供探索大腦工作機(jī)理的新實(shí)驗(yàn)手段。
目前，浙江大學(xué)與之江實(shí)驗(yàn)室的科研人員基于 Darwin Mouse 類腦計(jì)算機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多種智能任務(wù)。研究者將類腦計(jì)算機(jī)作為智能中樞，實(shí)現(xiàn)抗洪搶險(xiǎn)場(chǎng)景下多個(gè)機(jī)器人的協(xié)同工作，涉及到語音識(shí)別、目標(biāo)檢測(cè)、路徑規(guī)劃等多項(xiàng)智能任務(wù)的同時(shí)處理，以及機(jī)器人間的協(xié)同。同時(shí)，還用類腦計(jì)算機(jī)模擬了多個(gè)不同腦區(qū)，建立了丘腦外側(cè)膝狀核的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，仿真了不同頻率閃動(dòng)的視覺刺激時(shí)該腦區(qū)神經(jīng)元的周期性反應(yīng)；借鑒海馬體神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)和神經(jīng)機(jī)制構(gòu)建了學(xué)習(xí) - 記憶融合模型，實(shí)現(xiàn)音樂、詩詞、謎語等的時(shí)序記憶功能；實(shí)現(xiàn)了腦電信號(hào)的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位實(shí)時(shí)解碼，可 " 意念 " 打字輸入。
當(dāng)前，類腦計(jì)算研究還處于初級(jí)階段，Darwin Mouse 類腦計(jì)算機(jī)，無論從規(guī)模還是智能化程度上都與真正的人類大腦還有很大的差距，但其意義在于能夠?yàn)檫@種技術(shù)路徑提供一個(gè)重要的實(shí)踐樣例，為研究人員提供一個(gè)工具和平臺(tái)，驗(yàn)證類腦算法，以更強(qiáng)的魯棒性、實(shí)時(shí)性和智能化去解決實(shí)際的任務(wù)。
