人工大腦是啥樣的？IBM用48塊芯片告訴你答案

　　在美國(guó)圣何塞附近的研究室里，IBM用48塊TrueNorth試驗(yàn)芯片構(gòu)建了一個(gè)電子的嚙齒動(dòng)物大腦，每一塊芯片都可以模擬大腦的一個(gè)基本構(gòu)件。

　　最近連線(xiàn)雜志的記者在項(xiàng)目負(fù)責(zé)人DharmendraModha的帶領(lǐng)下，近距離接觸了整個(gè)工程。雷鋒網(wǎng)得知，它體積就像一個(gè)浴室的醫(yī)藥箱，遍體是半透明塑料板，能清晰的看到里面的芯片，電路板和它內(nèi)部多彩的指示燈。它看起來(lái)就像一個(gè)七十年代科幻電影里的物體，不過(guò)Modha卻表示：“你看到的是一個(gè)小型嚙齒動(dòng)物?！?/p>

　　他是說(shuō)一個(gè)小型嚙齒動(dòng)物的大腦，至少這堆芯片能頂?shù)纳夏菢拥拇竽X。這些芯片充當(dāng)了大腦的基本構(gòu)件——神經(jīng)元。Modha表示，這個(gè)系統(tǒng)可以模擬4800萬(wàn)個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，基本可以與小型嚙齒動(dòng)物大腦的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)齊平。

　　在IBM，Modha負(fù)責(zé)認(rèn)知計(jì)算組，他們發(fā)明了“神經(jīng)芯片”。他和他的團(tuán)隊(duì)第一次對(duì)外公布這一發(fā)明時(shí)，用它為位于硅谷的IBM研發(fā)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者和政府研究人員提供支持，進(jìn)行了三周的試運(yùn)行。在將自己的電腦連接到這一數(shù)字鼠腦之后，這些研究人員探索了它的結(jié)構(gòu)，并開(kāi)始為T(mén)rueNorth芯片編寫(xiě)程序。

　　上個(gè)月，有些研究人員已經(jīng)在科羅拉多看到過(guò)這個(gè)家伙了，所以他們編寫(xiě)的程序已經(jīng)可以讓它識(shí)別照片和語(yǔ)音，并且可以理解一些自然語(yǔ)言。芯片負(fù)責(zé)運(yùn)行“深度學(xué)習(xí)”算法，這一算法現(xiàn)下主宰了互聯(lián)網(wǎng)的人工智能服務(wù)，它為Facebook提供面部識(shí)別服務(wù)，為微軟的Skype提供語(yǔ)言實(shí)時(shí)翻譯。不過(guò)，IBM在這方面還是有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗难芯靠梢詼p少對(duì)空間和電力供應(yīng)的需求。這樣未來(lái)我們就有可能將這一人工智能放進(jìn)手機(jī)和其他的小型設(shè)備中，比如助聽(tīng)器和手表。

　　“從神經(jīng)突觸結(jié)構(gòu)里我們能得到什么?我們只需要很低的功耗就可以進(jìn)行圖片分類(lèi)，還可以在新環(huán)境中不斷解決新問(wèn)題?！盉rianVanEssen說(shuō)道，他是勞倫斯·利弗莫爾國(guó)立實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)科學(xué)家，負(fù)責(zé)將深度學(xué)習(xí)算法運(yùn)用到國(guó)家安全中去。

　　TrueNorth芯片是最新的科技結(jié)晶，未來(lái)它將負(fù)責(zé)深度學(xué)習(xí)的運(yùn)行和一系列其他的人工智能服務(wù)。而現(xiàn)下運(yùn)行谷歌，F(xiàn)acebook和微軟算法的機(jī)器，還需要加裝獨(dú)立的圖形處理器，不過(guò)他們都在走向FPGA(能就特定任務(wù)進(jìn)行編程的芯片)。PeterDiehl(蘇黎世理工大學(xué)皮質(zhì)計(jì)算組的博士)認(rèn)為，TrueNorth要比獨(dú)立圖形芯片和FPGA都要優(yōu)秀，因?yàn)樗暮艿汀?/p>

　　密歇根大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)的教授JasonMars認(rèn)為，其主要的不同就在于TrueNorth與深度學(xué)習(xí)算法的配合可以算得上是天衣無(wú)縫。兩者都對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了深度模擬，并在“大腦中”產(chǎn)生神經(jīng)元和突觸。“芯片可以高效執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的命令。”他并沒(méi)有參加試運(yùn)行，但卻密切關(guān)注著這一芯片的進(jìn)展。

　　即便如此，現(xiàn)下TrueNorth還不能完全與深度學(xué)習(xí)算法同步。不過(guò)IBM已經(jīng)決定讓外部研究人員參與芯片的改進(jìn)，因?yàn)樗x真正上市還有一定的距離。對(duì)Modha來(lái)說(shuō)，這也是一個(gè)必須經(jīng)歷的過(guò)程，就像他說(shuō)的：“我們需要為重大的轉(zhuǎn)變打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！?/p>

　　手機(jī)里的大腦

　　PeterDiehl最近來(lái)中國(guó)旅行，但因?yàn)橐恍┠愣玫脑蛩氖謾C(jī)不能使用谷歌，一下子把人工智能打回了原形。因?yàn)楝F(xiàn)在的云計(jì)算多數(shù)還要靠谷歌的服務(wù)器來(lái)進(jìn)行，所以沒(méi)有了網(wǎng)絡(luò)，一切都白瞎了。

　　深度學(xué)習(xí)需要非常強(qiáng)大的處理能力，一般來(lái)說(shuō)這個(gè)級(jí)別的處理能力是巨型數(shù)據(jù)中心才可以提供的，而我們的手機(jī)一般通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與其相連。而TrueNorth就不同了，它至少可以將部分處理能力搬到你的手機(jī)或其他設(shè)備上，這樣就可以極大的擴(kuò)展人工智能的使用頻率。

　　不過(guò)要理解這些，你首先要理解深度學(xué)習(xí)是如何工作的。它的運(yùn)作分為兩個(gè)階段，首先谷歌和Facebook之類(lèi)的公司需要培植自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)處理特殊任務(wù)。如果他們想要自動(dòng)識(shí)別貓咪照片的功能，就要先讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)看一堆貓咪的照片。然后，模式得到訓(xùn)練后，需要讓另一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)執(zhí)行這一任務(wù)。你拿出一張照片，系統(tǒng)就要判斷里面是否有貓咪，而TrueNorth存在的目的就是為了提升第二步的效率。

　　一旦完成了對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，芯片就可以幫助你繞過(guò)巨型數(shù)據(jù)中心，直接完成第二步的操作。而且因?yàn)門(mén)rueNorth芯片體積和功耗都很小，它還能裝載到手持設(shè)備上。這樣整個(gè)效率就提高了，因?yàn)槟悴辉傩枰ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)中心下載計(jì)算結(jié)果了。如果能得到普及，就可以極大地減輕數(shù)據(jù)中心的壓力?！斑@是行業(yè)的未來(lái)，今后設(shè)備可以獨(dú)立執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)?！盡ars說(shuō)道。

　　神經(jīng)元，軸突，突觸和神經(jīng)沖動(dòng)

　　谷歌最近就在努力讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)軍手機(jī)，但Diehl認(rèn)為T(mén)rueNorth相比其他對(duì)手已經(jīng)領(lǐng)先很多，畢竟它與深度學(xué)習(xí)更加的合拍。每塊芯片都能模擬數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的神經(jīng)元，而且這些神經(jīng)元可以通過(guò)“大腦中的突觸”互相交流。

　　而這正是TrueNorth區(qū)別于市場(chǎng)上同類(lèi)產(chǎn)品的獨(dú)特之處，即使與圖形處理器和FPGA相比也占有足夠的優(yōu)勢(shì)。TrueNorth芯片可以可以形成“神經(jīng)沖動(dòng)”，與大腦中的電脈沖相似。神經(jīng)沖動(dòng)可以在某人的講話(huà)中顯示聲調(diào)的改變，或圖像中色彩的改變。“你可以把它當(dāng)做神經(jīng)元之間互相傳遞的小信息。”RodrigoAlvarez-Icaza說(shuō)道，他是芯片的主設(shè)計(jì)師之一。

　　雖然芯片上有54億個(gè)晶體管，但其功耗只有區(qū)區(qū)70毫瓦特。而標(biāo)準(zhǔn)的英特爾處理器呢?它擁有12億個(gè)晶體管，但其功耗卻達(dá)到了35至140瓦特。即使是智能手機(jī)普遍使用的ARM芯片，其功耗也是TrueNorth芯片的數(shù)倍。

　　當(dāng)然，想要這種芯片真正發(fā)揮功效還需要配套的新型軟件，這也正是Diehl等研發(fā)人員在試運(yùn)行期間一直努力做的。換句話(huà)說(shuō)，研發(fā)人員是在將現(xiàn)有的代碼轉(zhuǎn)換成芯片可識(shí)別的語(yǔ)言并輸入芯片，不過(guò)他們也在努力為T(mén)rueNorth編寫(xiě)原生的代碼。

　　贈(zèng)禮

　　和其他研發(fā)人員一樣，Modha主要注重在生物學(xué)領(lǐng)域?qū)rueNorth進(jìn)行討論，如神經(jīng)元，軸突，突觸，神經(jīng)沖動(dòng)等。毫無(wú)疑問(wèn)，該芯片在某些方面模擬了人類(lèi)的神經(jīng)系統(tǒng)，不過(guò)它依然有其局限性?！斑@類(lèi)討論經(jīng)常會(huì)喚起人們的警醒，畢竟，硅可不是組成人腦的物質(zhì)?！盋hrisNicholson說(shuō)道，它是Skymind公司的聯(lián)合創(chuàng)始人。

　　Modha也承認(rèn)這些說(shuō)法。當(dāng)他在2008年開(kāi)啟這一項(xiàng)目時(shí)，從Darpa(國(guó)防部的研究機(jī)構(gòu))得到了5350萬(wàn)美元的投資，其目標(biāo)是用完全不同的材料打造全新芯片并對(duì)人腦進(jìn)行模擬。但他清楚這一目標(biāo)不可能很快實(shí)現(xiàn)，“在追求夢(mèng)想的路上也不能忽略現(xiàn)實(shí)”，他說(shuō)道。

　　2010年，他因豬流感臥床不起，這段時(shí)間里他意識(shí)到突破瓶頸的最好方式就是從芯片結(jié)構(gòu)下手，實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦的模擬?！澳悴恍枰屔窠?jīng)細(xì)胞模擬基礎(chǔ)物理學(xué)，化學(xué)和生物學(xué)來(lái)提升計(jì)算能力，我們要在維持足夠靈活性的同時(shí)變得與大腦越來(lái)越相似?！彼f(shuō)道。

　　這就是TrueNorth芯片。他不是數(shù)字化的大腦，但是它在這條道路上邁出了重要的一步，而且通過(guò)IBM的試運(yùn)行，這一計(jì)劃也步入了正規(guī)。整個(gè)機(jī)器其實(shí)是48臺(tái)沒(méi)的機(jī)器組成的，每一個(gè)都有自己的TrueNorth處理器。下周，隨著試運(yùn)行的結(jié)束，Modha和他的團(tuán)隊(duì)將會(huì)分解這一機(jī)器，讓研究人員帶回家進(jìn)行進(jìn)一步的研究。人類(lèi)利用科技改變社會(huì)，而這些研究者正是我們的中堅(jiān)力量。