40年了！“人腦”芯片離我們還有多遠？

　　40年前人類(lèi)就夢(mèng)想著(zhù)發(fā)明可以思考的計算機。盡管到目前為止，這一夢(mèng)想還未實(shí)現，但幾大軟件巨頭高通、IBM和英特爾早已開(kāi)始了“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )芯片”開(kāi)發(fā)，并各自取得不小的進(jìn)展。未來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )芯片或許會(huì )廣泛應用智能手機、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場(chǎng)。

　　當我們透過(guò)雙眼來(lái)看這個(gè)世界時(shí)，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(gè)可以傳遞內容和感知的“模式匹配”機器。比如，當你看到某個(gè)人時(shí)，你就能辨別出他的身高、面部表情、衣著(zhù)和聲音。

　　但是，計算機“大腦”卻無(wú)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據，通過(guò)匹配數字模型來(lái)識別事物。比如，當Facebook或者谷歌使用人臉識別軟件來(lái)確定照片中的人物身份時(shí)，計算機需要可以識別此人的數據庫支持。也就是說(shuō)，計算機無(wú)法實(shí)現主動(dòng)性的“感知”，如果它要在不同的照片中匹配相同的臉，它仍需要數據的支持。

　　事實(shí)上，幾大科技巨頭們早在十幾年前就開(kāi)始嘗試開(kāi)發(fā)這類(lèi)芯片，只是目前還沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。目前，高通、IBM以及英特爾都紛紛表示，他們已快要開(kāi)發(fā)出具備大腦思考的計算機以及實(shí)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(cháng)久以來(lái)作為一個(gè)“目標”存活在計算機科學(xué)家心里。上世紀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(kāi)始了漫長(cháng)的人腦計算機開(kāi)發(fā)。

　　被譽(yù)為“微處理器”之父的費德里科?費金(FedericoFaggin)夢(mèng)想著(zhù)可以開(kāi)發(fā)出一個(gè)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(shí)現，但是正是這家公司的付出，促使了觸摸感應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(kāi)發(fā)比費金想象要復雜的多。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(kāi)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在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )計算機大腦開(kāi)發(fā)中。高通希望能在明年之前開(kāi)發(fā)出被他們稱(chēng)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用，并加入可以模仿人腦認知過(guò)程的算法，以此來(lái)提升計算機視覺(jué)和運動(dòng)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、儲存數據、收集傳感器讀數。也就是說(shuō)，計算機完全是按照人的指令來(lái)完成任務(wù)，只不過(guò)每年它的工作效率都會(huì )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(gè)由硅晶體材料構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(kāi)發(fā)的軟件工具可以模仿大腦活動(dòng)，處理器上的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )”按照人類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )傳輸信息的方式而設計，它可以允許開(kāi)發(fā)者編寫(xiě)基于“生物激勵”程序。高通設想其“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )處理器”可以完成“歸類(lèi)”和“預測”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”規定，機器人不得傷害人類(lèi)個(gè)體，或者因不作為致使人類(lèi)個(gè)體受到傷害。

　　高通首席技術(shù)官麥特?格魯伯(MattGrob)給出了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )處理器應用例子：給一個(gè)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(gè)機器人一個(gè)簡(jiǎn)單的“愿望”，即坐下時(shí)“難受”，站起來(lái)時(shí)則OK。機器人在經(jīng)過(guò)起初一段擺動(dòng)后，最后知道了如何站立。如果你強行將其按下，它也會(huì )立馬站起來(lái)。

　　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(kāi)始不知道如何站立，但是當有任何外部動(dòng)作刺激它完成自己的愿望時(shí)，它就會(huì )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(lái)幾年時(shí)間能夠覆蓋到各種設備，包括智能手機、基于云構架的主機等。

　　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(zhuān)業(yè)圖片處理器以及通信系統(如LTE或者WiFi技術(shù))。高通希望，在不久的將來(lái)，“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )處理器”或者直接進(jìn)入芯片系統，或者作為機設備中獨立的芯片存在。

　　IBM現在也在開(kāi)發(fā)名為T(mén)rueNorth的認知計算機。TrueNorth跟高通Zeroth芯片不同，它的計算機架構基于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(lái)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)”芯片的基礎構架基于“自旋設備”。它的設計基于兩項技術(shù)：橫向自旋閥(lateralspinvalves)和憶阻器。橫向自旋閥是一種金屬線(xiàn)連接的小型磁鐵，能根據通過(guò)的電子自旋方向開(kāi)關(guān)。憶阻器則是有記憶功能的非線(xiàn)性電阻器。英特爾工程師設計的芯片架構工作方式類(lèi)似神經(jīng)元，能復制出大腦處理能力。

　　高通表示，其所開(kāi)發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )處理器將盡快投入應用，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(gè)生態(tài)系統，目標針對‘嵌入式應用’，并與傳統的處理器緊密結合，向客戶(hù)在特定專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域提供更節能、更全面的解決方案。”

　　嵌入式應用也就意味著(zhù)，高通芯片可以控制用戶(hù)界面和體驗等某些方面，智能手機可以通過(guò)計算機的視覺(jué)和音頻具備認知功能。比如，某人喜歡在晚上9點(diǎn)以后看電視劇，不喜歡在這段時(shí)間被電話(huà)騷擾。當剛好在這段時(shí)間有電話(huà)打進(jìn)來(lái)時(shí)，他就可以對手機說(shuō)“討厭的電話(huà)!”手機就會(huì )知道這段時(shí)間打進(jìn)來(lái)的電話(huà)會(huì )打擾主人，于是就會(huì )將這類(lèi)電話(huà)自動(dòng)轉化為語(yǔ)音郵箱。

　　如果這類(lèi)芯片能被廣泛應用，高通希望成為開(kāi)發(fā)者中心。高通的價(jià)值定位是：讓開(kāi)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(kāi)發(fā)應用軟件一樣那個(gè)簡(jiǎn)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(chǎng)“白日夢(mèng)”。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(jìn)，但這種處理器是否會(huì )在智能手機、云計算主機以及機器人身上被廣泛應用，目前還是未知數。與此同時(shí)，最近在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )處理器領(lǐng)域的研究和進(jìn)展離費金在40年前提出的夢(mèng)想目標還相差甚遠。