類腦計算已成為當今科技的熱點之一
2021-08-21 10:53 作者：韓龍 來源：北京理工大學計算機學院 閱覽：
類腦計算又被稱為神經形態計算（英文Neuromorphic Computing），是借鑑生物神經系統資訊處理模式和結構的計算理論、體繫結構、芯片設計以及應用模型與算法的總稱。類腦計算已引起國際社會的普遍關注，是人工智慧和腦科學研究的主要課題；目前，這一計算技術已成為當今科技的熱點之一。
類腦計算的概念最早由美國計算機專家卡弗•米德教授於1989 年提出，當時並沒有引起太多人的關注；直到 2004 年，這一概念才開始引起人們的關注。目前，類腦計算是計算機科學領域，尤其是人工智慧方面備受關注的重要課題。一直以來，通過模擬人腦資訊處理方式，仿製像人腦一樣具有「思維」、在工作性能上超越人腦的「類腦系統」，實現通用性的強人工智慧，是眾多科學家畢生追求的夢想。
發軔於1956年的人工智慧，曾試圖賦予計算機更多的類人智能，但至今仍未成功，更談不上具有自主學習、想象創造等人類智能的高級特徵。不過，近年來，類腦計算卻從理念走向實踐，正走出一條製造類人智能的新途徑。未來的計算機，或許真的越來越像人類的「大腦」；實際上，人腦本身就是許多智能技術解決問題的靈感來源，牠們通過機器學習，特別是深度學習來解決各種實際問題。
隨著圖像處理、模式識別、機器翻譯、機器學習、資訊檢索、數據挖掘等一系列以智能為核心的應用加速興起，傳統的計算機愈發顯得「力不從心」，人們也開啟了比「曼哈頓計畫」更具挑戰性的「仿腦」和「造腦」計畫——研製類腦計算機。所謂「類腦計算機」，就是指仿真、模擬和學習借鑑人腦的神經系統結構和資訊處理過程，構建出具有學習能力的超低功耗新型計算系統。
類腦計算系統是借鑑人腦資訊處理方式，打破「馮•諾依曼」架構束縛，適于實時處理非結構化資訊、具有自主學習能力的超低功耗新型計算系統；該系統通過模擬海馬體記憶機制，實現對人腦內部記憶資訊的存取。類腦計算系統將引領一次智能革命，必將在各個領域極大地拓展人類的智力活動範疇。它是人工通用智能的基石，是智能機器人的核心，擁有極為廣闊的應用前景。
類腦計算是一門綜合科學，它與生物學、物理學、數學、計算機科學和電子工程等都有關係。根據英國《經濟學人》雜誌的報道，歐洲類腦計算的領軍人物、德國物理學家卡爾海因茨•梅爾教授認為，類腦計算的終極目標是開發出一種具備部分、甚至全部人腦擁有而普通計算機沒有的特徵的新型計算系統，該系統具有人工神經網路處理功能和脈衝神經網路處理功能。
人腦的功能非常強大，目前有許多仿真工作正在進行，但在傳統計算機架構上進行神經形態計算（也被稱為脈衝神經網路）的能耗非常高。事實上，微電子和生物大腦作為資訊處理的物理平台，本身都是高能效的，因此構建新型計算機結構意義重大；更重要的是，神經形態計算系統的資訊處理方式與人腦類似，是運算智能、感知智能、認知智能的主要研究平台，是當下腦科學的主要研究課題。
美國IBM於2014年開發出與人腦類似的TrueNorth系統，該系統運用扮演神經元角色的模塊化芯片。這種新型芯片並沒有採用「馮•諾依曼」架構，而是模仿了人類大腦的神經元結構，它的計算效率和可擴展性都遠勝今天的電子計算機。不過，《麻省理工學院科技評論》的一篇報道說，與傳統的微處理器對比，TrueNorth芯片在處理數據方面要遜色一些，但是它在處理圖像、聲音和其他感官數據上都更有優勢。
中國清華大學的研究人員最近在類腦計算通用系統層次結構方向取得突破性進展，並提出了「神經形態完備性」（Neuromorphic Completenes）的最新概念。這一研究成果對於實現強人工智慧很有幫助和啟發；而強人工智慧是具備與人類同等智慧或超越人類的人工智慧，是人工智慧和腦科學研究的主要目標之一，同時也是科幻小說和未來學家都在討論的主要議題。
目前，類腦計算已引起國際社會的廣泛關注，成為當今科技的熱點之一。例如，歐盟、英國、美國、日本、中國、韓國等先後推出腦科學計畫，希望搶占未來科技的制高點、掌握未來戰略的主動權。中國科學家及未來學家周海中教授曾經說過：「在腦科學中，誰能拔得頭籌，就能率先奪得未來話語權。」最終結果如何，人們將拭目以待。
文/韓龍（作者單位：北京理工大學計算機學院）
類腦計算的概念最早由美國計算機專家卡弗•米德教授於1989 年提出，當時並沒有引起太多人的關注；直到 2004 年，這一概念才開始引起人們的關注。目前，類腦計算是計算機科學領域，尤其是人工智慧方面備受關注的重要課題。一直以來，通過模擬人腦資訊處理方式，仿製像人腦一樣具有「思維」、在工作性能上超越人腦的「類腦系統」，實現通用性的強人工智慧，是眾多科學家畢生追求的夢想。
發軔於1956年的人工智慧，曾試圖賦予計算機更多的類人智能，但至今仍未成功，更談不上具有自主學習、想象創造等人類智能的高級特徵。不過，近年來，類腦計算卻從理念走向實踐，正走出一條製造類人智能的新途徑。未來的計算機，或許真的越來越像人類的「大腦」；實際上，人腦本身就是許多智能技術解決問題的靈感來源，牠們通過機器學習，特別是深度學習來解決各種實際問題。
隨著圖像處理、模式識別、機器翻譯、機器學習、資訊檢索、數據挖掘等一系列以智能為核心的應用加速興起，傳統的計算機愈發顯得「力不從心」，人們也開啟了比「曼哈頓計畫」更具挑戰性的「仿腦」和「造腦」計畫——研製類腦計算機。所謂「類腦計算機」，就是指仿真、模擬和學習借鑑人腦的神經系統結構和資訊處理過程，構建出具有學習能力的超低功耗新型計算系統。
類腦計算系統是借鑑人腦資訊處理方式，打破「馮•諾依曼」架構束縛，適于實時處理非結構化資訊、具有自主學習能力的超低功耗新型計算系統；該系統通過模擬海馬體記憶機制，實現對人腦內部記憶資訊的存取。類腦計算系統將引領一次智能革命，必將在各個領域極大地拓展人類的智力活動範疇。它是人工通用智能的基石，是智能機器人的核心，擁有極為廣闊的應用前景。
類腦計算是一門綜合科學，它與生物學、物理學、數學、計算機科學和電子工程等都有關係。根據英國《經濟學人》雜誌的報道，歐洲類腦計算的領軍人物、德國物理學家卡爾海因茨•梅爾教授認為，類腦計算的終極目標是開發出一種具備部分、甚至全部人腦擁有而普通計算機沒有的特徵的新型計算系統，該系統具有人工神經網路處理功能和脈衝神經網路處理功能。
人腦的功能非常強大，目前有許多仿真工作正在進行，但在傳統計算機架構上進行神經形態計算（也被稱為脈衝神經網路）的能耗非常高。事實上，微電子和生物大腦作為資訊處理的物理平台，本身都是高能效的，因此構建新型計算機結構意義重大；更重要的是，神經形態計算系統的資訊處理方式與人腦類似，是運算智能、感知智能、認知智能的主要研究平台，是當下腦科學的主要研究課題。
美國IBM於2014年開發出與人腦類似的TrueNorth系統，該系統運用扮演神經元角色的模塊化芯片。這種新型芯片並沒有採用「馮•諾依曼」架構，而是模仿了人類大腦的神經元結構，它的計算效率和可擴展性都遠勝今天的電子計算機。不過，《麻省理工學院科技評論》的一篇報道說，與傳統的微處理器對比，TrueNorth芯片在處理數據方面要遜色一些，但是它在處理圖像、聲音和其他感官數據上都更有優勢。
中國清華大學的研究人員最近在類腦計算通用系統層次結構方向取得突破性進展，並提出了「神經形態完備性」（Neuromorphic Completenes）的最新概念。這一研究成果對於實現強人工智慧很有幫助和啟發；而強人工智慧是具備與人類同等智慧或超越人類的人工智慧，是人工智慧和腦科學研究的主要目標之一，同時也是科幻小說和未來學家都在討論的主要議題。
目前，類腦計算已引起國際社會的廣泛關注，成為當今科技的熱點之一。例如，歐盟、英國、美國、日本、中國、韓國等先後推出腦科學計畫，希望搶占未來科技的制高點、掌握未來戰略的主動權。中國科學家及未來學家周海中教授曾經說過：「在腦科學中，誰能拔得頭籌，就能率先奪得未來話語權。」最終結果如何，人們將拭目以待。
文/韓龍（作者單位：北京理工大學計算機學院）
