浙大重磅發(fā)布億級神經(jīng)元類腦計算機：基于 792 顆自研「達爾文 2 代」芯片，可“意念”打字

本文作者：付靜

2020-09-02 18:01

導(dǎo)語：當前，類腦計算研究開始從探索轉(zhuǎn)向突破。

類腦計算機將成為未來計算的主要形態(tài)和重要平臺。

2020 年 9 月 1 日，我國首臺基于自主知識產(chǎn)權(quán)類腦芯片的類腦計算機重磅發(fā)布。

據(jù)悉，作為當前全球范圍內(nèi)神經(jīng)元規(guī)模最大的類腦計算機，這臺由浙江大學、之江實驗室共同研制的類腦計算機含 792 顆「達爾文 2 代」類腦芯片、1.2 億脈沖神經(jīng)元和近千億的神經(jīng)突觸，堪比小鼠大腦神經(jīng)元的規(guī)模，典型運行功耗僅 350-500 瓦。

我國首臺基于自主知識產(chǎn)權(quán)類腦芯片的類腦計算機

據(jù)浙江大學介紹，該類腦計算機是由 3 個高 1.6 米的標準機柜組成。

浙大重磅發(fā)布億級神經(jīng)元類腦計算機：基于 792 顆自研「達爾文 2 代」芯片，可“意念”打字

在此之中，包含著 792 顆浙江大學研制的「達爾文 2 代」類腦芯片。

實際上，脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類腦芯片「達爾文 2 代」于 2019 年 8 月發(fā)布。

「達爾文 2 代」支持的神經(jīng)元數(shù)量達 15 萬個，相當于果蠅的神經(jīng)元數(shù)目，是目前我國單芯片神經(jīng)元規(guī)模最大的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類腦芯片。

據(jù)浙江大學介紹：

「達爾文 2 代」采用 55nm 標準 CMOS 工藝，單芯片由 576 個內(nèi)核組成，每個內(nèi)核支持 256 個神經(jīng)元，神經(jīng)突觸超過 1 千萬，通過系統(tǒng)級擴展，可構(gòu)建千萬級神經(jīng)元類腦計算系統(tǒng)。

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雷鋒網(wǎng)注意到，「達爾文 2 代」的研發(fā)工作由浙江大學牽頭，杭州電子科技大學與華為中央研究院分別參與了芯片研制與算法和應(yīng)用場景研究。

而在此之前，上一代「達爾文」類腦芯片是浙江大學與杭州電子科技大學于 2015 年 12 月聯(lián)合宣布的。

「達爾文」是國內(nèi)首款基于硅材料（CMOS）、支持脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的類腦芯片。1 厘米見方的「達爾文 1 代」內(nèi)含 500 萬個晶體管，可模擬生物體的 2048 個神經(jīng)元，最多有 400 萬個神經(jīng)突觸連接及 15 個不同的突觸延遲。

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當時，浙江大學計算機學院顧宗華副教授表示：

一方面，達爾文可作為脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法高效的硬件運行載體，幫助建立特定功能的類腦智能系統(tǒng)；另一方面，達爾文有助于解碼生物腦電信號，并與生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對接構(gòu)建腦機融合系統(tǒng)。

除芯片外，研究人員還研制了「達爾文類腦操作系統(tǒng)」（DarwinOS）。

據(jù)介紹，這一操作系統(tǒng)：

面向馮·諾依曼架構(gòu)與神經(jīng)擬態(tài)架構(gòu)的混合計算架構(gòu)，實現(xiàn)了對異構(gòu)計算資源的統(tǒng)一調(diào)度和管理，為大規(guī)模脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算任務(wù)提供運行和服務(wù)平臺。

就應(yīng)用而言，該類腦計算機已助力實現(xiàn)了：

抗洪搶險場景下多個機器人的協(xié)同工作；
丘腦外側(cè)膝狀核的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立；
學習-記憶融合模型的建立；
腦電信號的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位實時解碼（比如可“意念”打字）。

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下一代人工智能的重要方向

說起類腦計算機，自然繞不開「類腦計算」。

根據(jù)字面意思不難看出，類腦計算是一種借鑒人腦發(fā)展的計算技術(shù)，本質(zhì)上是利用神經(jīng)計算模擬我們大腦處理信息的過程。

類腦計算被稱為“下一代人工智能的重要方向”，主要原因在于計算機技術(shù)正面臨著的兩方面問題，一是摩爾定律失效，二是「馮諾依曼架構(gòu)」讀取、存儲、處理數(shù)據(jù)能效低下。計算機性能要想進一步提升，需要考慮新的架構(gòu)。

面對這一瓶頸，研究人員將目光投向了人類大腦。雷鋒網(wǎng)此前曾報道：

在進行學習、認知等復(fù)雜計算時，人腦功耗僅 20 瓦；大腦會重復(fù)利用神經(jīng)元，并突觸、異步、并行、分布式、緩慢、不具通用性地處理問題，是可重構(gòu)的、專門的、容錯的生物基質(zhì)，并且人腦記憶數(shù)據(jù)與進行計算的邊界是模糊的。

因此，最終旨在實現(xiàn)強人工智能和通用智能的類腦計算應(yīng)運而生。其技術(shù)體系主要分為：

基礎(chǔ)理論：基于腦認知與神經(jīng)計算，主要從生物醫(yī)學角度進行大腦信息處理機制研究；
硬件：主要是類腦神經(jīng)形態(tài)芯片，如脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片、憶阻器、憶容器、憶感器等；
軟件：包含核心算法（脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、增強學習、對抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）和通用技術(shù)（視覺感知、聽覺感知、多模態(tài)融合感知、自然語言理解、推理決策等）；
產(chǎn)品：主要有交互產(chǎn)品和整機產(chǎn)品，我們常聽說的腦機接口、智能假體、腦控設(shè)備、類腦計算機、類腦機器人均屬此類別。

類腦計算研究從探索轉(zhuǎn)向突破

近年來，各國就類腦計算紛紛制定了發(fā)展計劃。

2013 年 4 月，時任美國總統(tǒng)奧巴馬宣布啟動了名為「通過推動創(chuàng)新型神經(jīng)技術(shù)開展大腦研究（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies）」的科研計劃。

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這項 BRAIN Initiative 最重要的一個任務(wù)便是繪制包括近 1000 億個神經(jīng)元、100 萬億個突觸的人腦活動圖譜（Brain Activity Map，BAM）。其參與者眾多，不乏聯(lián)邦政府機構(gòu)、企業(yè)負責人、慈善家、非營利組織、基金會和高校。

同年，歐盟也推出了一項「人腦計劃」。

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