40年了！“人腦”芯片離我們還有多遠？

　　40年前人類就夢想著發(fā)明可以思考的計算機。盡管到目前為止，這一夢想還未實現(xiàn)，但幾大軟件巨頭高通、IBM和英特爾早已開始了“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片”開發(fā)，并各自取得不小的進展。未來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片或許會廣泛應(yīng)用智能手機、平板電腦以及云計算主機上，并成為軟件巨頭們相互廝殺的新的戰(zhàn)場。

　　當(dāng)我們透過雙眼來看這個世界時，我們的大腦可以瞬間識別和感知所看到的事物。從根本上講，人的大腦是一個可以傳遞內(nèi)容和感知的“模式匹配”機器。比如，當(dāng)你看到某個人時，你就能辨別出他的身高、面部表情、衣著和聲音。

　　但是，計算機“大腦”卻無法做到這些。盡管它跟人的大腦一樣，可以看到生活中的相同物體，也可以告訴你這是什么東西，但是它依靠的還是早先儲存在它里面的數(shù)據(jù)，通過匹配數(shù)字模型來識別事物。比如，當(dāng)Facebook或者谷歌使用人臉識別軟件來確定照片中的人物身份時，計算機需要可以識別此人的數(shù)據(jù)庫支持。也就是說，計算機無法實現(xiàn)主動性的“感知”，如果它要在不同的照片中匹配相同的臉，它仍需要數(shù)據(jù)的支持。

　　事實上，幾大科技巨頭們早在十幾年前就開始嘗試開發(fā)這類芯片，只是目前還沒有取得突破性的進展。目前，高通、IBM以及英特爾都紛紛表示，他們已快要開發(fā)出具備大腦思考的計算機以及實際的產(chǎn)品。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)影響

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片計算機概念長久以來作為一個“目標(biāo)”存活在計算機科學(xué)家心里。上世紀(jì)80年代，美國國防部高級研究計劃局提出了“神經(jīng)中樞和超強人工智能”概念。此后，計算機科學(xué)家就開始了漫長的人腦計算機開發(fā)。

　　被譽為“微處理器”之父的費德里科?費金(FedericoFaggin)夢想著可以開發(fā)出一個具備電腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理器。他的公司Synaptics也試圖在打造可以具備人腦思考的芯片。盡管最終未能實現(xiàn)，但是正是這家公司的付出，促使了觸摸感應(yīng)以及筆記本觸板和觸摸屏技術(shù)的產(chǎn)生。

　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)比費金想象要復(fù)雜的多。高通、IBM以及英特爾等芯片制造商正在嘗試了解微處理器開發(fā)原理以及人腦，力圖打造出一種全新的計算機芯片：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器。

　　基本的、高級的研究依舊不斷出現(xiàn)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機大腦開發(fā)中。高通希望能在明年之前開發(fā)出被他們稱之為“神經(jīng)處理器”的芯片。IBM、英特爾也在齊頭趕上。BrainCorp(由高通投資的創(chuàng)業(yè)公司)等公司目前正集中人腦計算機的研究和應(yīng)用，并加入可以模仿人腦認知過程的算法，以此來提升計算機視覺和運動控制能力。

　　計算機的重新定義

　　目前的計算機芯片提供的是相對直接、嚴格的功能，如處理信息、儲存數(shù)據(jù)、收集傳感器讀數(shù)。也就是說，計算機完全是按照人的指令來完成任務(wù)，只不過每年它的工作效率都會提高。

　　高通的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器”與一般的處理器工作原理不同。從本質(zhì)上講，它仍然是一個由硅晶體材料構(gòu)成的典型計算機芯片，但是它能夠完成“定性”功能，而非“定量”功能。高通開發(fā)的軟件工具可以模仿大腦活動，處理器上的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”按照人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的方式而設(shè)計，它可以允許開發(fā)者編寫基于“生物激勵”程序。高通設(shè)想其“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器”可以完成“歸類”和“預(yù)測”等認知任務(wù)。

　　高通給其“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器”起名為“Zeroth”。Zeroth的名字起源于“第零原則”。“第零原則”規(guī)定，機器人不得傷害人類個體，或者因不作為致使人類個體受到傷害。

　　高通首席技術(shù)官麥特?格魯伯(MattGrob)給出了一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)用例子：給一個機器人配置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，并且一只腿由鉸鏈接合。然后，給這個機器人一個簡單的“愿望”，即坐下時“難受”，站起來時則OK。機器人在經(jīng)過起初一段擺動后，最后知道了如何站立。如果你強行將其按下，它也會立馬站起來。

　　機器人知道了如何站立，它就具備了這種愿望，也就是它已經(jīng)被編程。它剛開始不知道如何站立，但是當(dāng)有任何外部動作刺激它完成自己的愿望時，它就會立馬知道如何站立。

　　高通希望“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器”芯片在未來幾年時間能夠覆蓋到各種設(shè)備，包括智能手機、基于云構(gòu)架的主機等。

　　目前，大部分智能手機和平板電腦都由集成芯片控制，這種芯片包含了處理器、專業(yè)圖片處理器以及通信系統(tǒng)(如LTE或者WiFi技術(shù))。高通希望，在不久的將來，“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器”或者直接進入芯片系統(tǒng)，或者作為機設(shè)備中獨立的芯片存在。

　　IBM現(xiàn)在也在開發(fā)名為TrueNorth的認知計算機。TrueNorth跟高通Zeroth芯片不同，它的計算機架構(gòu)基于IBM公司于2011年發(fā)布的認知計算領(lǐng)域的成果——使用基于“神經(jīng)突觸核心”網(wǎng)絡(luò)的計算機芯片，在該網(wǎng)絡(luò)中，計算機可以像人腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣管理信息。TrueNorth以分布式、平行的方式來儲存、處理信息，與人腦中的神經(jīng)元和突觸對信息的處理方式一致。

　　英特爾的“神經(jīng)形態(tài)”芯片的基礎(chǔ)構(gòu)架基于“自旋設(shè)備”。它的設(shè)計基于兩項技術(shù)：橫向自旋閥(lateralspinvalves)和憶阻器。橫向自旋閥是一種金屬線連接的小型磁鐵，能根據(jù)通過的電子自旋方向開關(guān)。憶阻器則是有記憶功能的非線性電阻器。英特爾工程師設(shè)計的芯片架構(gòu)工作方式類似神經(jīng)元，能復(fù)制出大腦處理能力。

　　高通表示，其所開發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器將盡快投入應(yīng)用，最快將在明年。高通表示：“我們神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器將利用高通整個生態(tài)系統(tǒng)，目標(biāo)針對‘嵌入式應(yīng)用’，并與傳統(tǒng)的處理器緊密結(jié)合，向客戶在特定專業(yè)領(lǐng)域提供更節(jié)能、更全面的解決方案。”

　　嵌入式應(yīng)用也就意味著，高通芯片可以控制用戶界面和體驗等某些方面，智能手機可以通過計算機的視覺和音頻具備認知功能。比如，某人喜歡在晚上9點以后看電視劇，不喜歡在這段時間被電話騷擾。當(dāng)剛好在這段時間有電話打進來時，他就可以對手機說“討厭的電話!”手機就會知道這段時間打進來的電話會打擾主人，于是就會將這類電話自動轉(zhuǎn)化為語音郵箱。

　　如果這類芯片能被廣泛應(yīng)用，高通希望成為開發(fā)者中心。高通的價值定位是：讓開發(fā)者借助高通工具，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器編程如同開發(fā)應(yīng)用軟件一樣那個簡單。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器可能最終成為計算機科學(xué)家的一場“白日夢”。盡管高通、IBM和英特爾已經(jīng)都在朝神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器方向邁進，但這種處理器是否會在智能手機、云計算主機以及機器人身上被廣泛應(yīng)用，目前還是未知數(shù)。與此同時，最近在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器領(lǐng)域的研究和進展離費金在40年前提出的夢想目標(biāo)還相差甚遠。