人工大腦是啥樣的？IBM用48塊芯片告訴你答案

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

　　最近連線雜志的記者在項目負責人DharmendraModha的帶領(lǐng)下，近距離接觸了整個工程。雷鋒網(wǎng)得知，它體積就像一個浴室的醫(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。它看起來就像一個七十年代科幻電影里的物體，不過Modha卻表示：“你看到的是一個小型嚙齒動物。”

　　他是說一個小型嚙齒動物的大腦，至少這堆芯片能頂?shù)纳夏菢拥拇竽X。這些芯片充當了大腦的基本構(gòu)件——神經(jīng)元。Modha表示，這個系統(tǒng)可以模擬4800萬個神經(jīng)細胞，基本可以與小型嚙齒動物大腦的神經(jīng)細胞數(shù)齊平。

　　在IBM，Modha負責認知計算組，他們發(fā)明了“神經(jīng)芯片”。他和他的團隊第一次對外公布這一發(fā)明時，用它為位于硅谷的IBM研發(fā)實驗室的學者和政府研究人員提供支持，進行了三周的試運行。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)，并開始為TrueNorth芯片編寫程序。

　　上個月，有些研究人員已經(jīng)在科羅拉多看到過這個家伙了，所以他們編寫的程序已經(jīng)可以讓它識別照片和語音，并且可以理解一些自然語言。芯片負責運行“深度學習”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提供面部識別服務(wù)，為微軟的Skype提供語言實時翻譯。不過，IBM在這方面還是有領(lǐng)先優(yōu)勢，因為它的研究可以減少對空間和電力供應(yīng)的需求。這樣未來我們就有可能將這一人工智能放進手機和其他的小型設(shè)備中，比如助聽器和手表。

　　“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行圖片分類，還可以在新環(huán)境中不斷解決新問題?！盉rianVanEssen說道，他是勞倫斯·利弗莫爾國立實驗室的計算機科學家，負責將深度學習算法運用到國家安全中去。

　　TrueNorth芯片是最新的科技結(jié)晶，未來它將負責深度學習的運行和一系列其他的人工智能服務(wù)。而現(xiàn)下運行谷歌，F(xiàn)acebook和微軟算法的機器，還需要加裝獨立的圖形處理器，不過他們都在走向FPGA(能就特定任務(wù)進行編程的芯片)。PeterDiehl(蘇黎世理工大學皮質(zhì)計算組的博士)認為，TrueNorth要比獨立圖形芯片和FPGA都要優(yōu)秀，因為它功耗很低。

　　密歇根大學計算機科學的教授JasonMars認為，其主要的不同就在于TrueNorth與深度學習算法的配合可以算得上是天衣無縫。兩者都對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行了深度模擬，并在“大腦中”產(chǎn)生神經(jīng)元和突觸?！靶酒梢愿咝?zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的命令?！彼]有參加試運行，但卻密切關(guān)注著這一芯片的進展。

　　即便如此，現(xiàn)下TrueNorth還不能完全與深度學習算法同步。不過IBM已經(jīng)決定讓外部研究人員參與芯片的改進，因為它離真正上市還有一定的距離。對Modha來說，這也是一個必須經(jīng)歷的過程，就像他說的：“我們需要為重大的轉(zhuǎn)變打好堅實的基礎(chǔ)?！?/p>

　　手機里的大腦

　　PeterDiehl最近來中國旅行，但因為一些你懂得的原因他的手機不能使用谷歌，一下子把人工智能打回了原形。因為現(xiàn)在的云計算多數(shù)還要靠谷歌的服務(wù)器來進行，所以沒有了網(wǎng)絡(luò)，一切都白瞎了。

　　深度學習需要非常強大的處理能力，一般來說這個級別的處理能力是巨型數(shù)據(jù)中心才可以提供的，而我們的手機一般通過網(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或其他設(shè)備上，這樣就可以極大的擴展人工智能的使用頻率。

　　不過要理解這些，你首先要理解深度學習是如何工作的。它的運作分為兩個階段，首先谷歌和Facebook之類的公司需要培植自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理特殊任務(wù)。如果他們想要自動識別貓咪照片的功能，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，需要讓另一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來執(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。

　　一旦完成了對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，芯片就可以幫助你繞過巨型數(shù)據(jù)中心，直接完成第二步的操作。而且因為TrueNorth芯片體積和功耗都很小，它還能裝載到手持設(shè)備上。這樣整個效率就提高了，因為你不再需要通過網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)中心下載計算結(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，今后設(shè)備可以獨立執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)?！盡ars說道。

　　神經(jīng)元，軸突，突觸和神經(jīng)沖動

　　谷歌最近就在努力讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進軍手機，但Diehl認為TrueNorth相比其他對手已經(jīng)領(lǐng)先很多，畢竟它與深度學習更加的合拍。每塊芯片都能模擬數(shù)以百萬計的神經(jīng)元，而且這些神經(jīng)元可以通過“大腦中的突觸”互相交流。

　　而這正是TrueNorth區(qū)別于市場上同類產(chǎn)品的獨特之處，即使與圖形處理器和FPGA相比也占有足夠的優(yōu)勢。TrueNorth芯片可以可以形成“神經(jīng)沖動”，與大腦中的電脈沖相似。神經(jīng)沖動可以在某人的講話中顯示聲調(diào)的改變，或圖像中色彩的改變?！澳憧梢园阉斪錾窠?jīng)元之間互相傳遞的小信息?！盧odrigoAlvarez-Icaza說道，他是芯片的主設(shè)計師之一。

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

　　當然，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)人員在試運行期間一直努力做的。換句話說，研發(fā)人員是在將現(xiàn)有的代碼轉(zhuǎn)換成芯片可識別的語言并輸入芯片，不過他們也在努力為TrueNorth編寫原生的代碼。

　　贈禮

　　和其他研發(fā)人員一樣，Modha主要注重在生物學領(lǐng)域?qū)rueNorth進行討論，如神經(jīng)元，軸突，突觸，神經(jīng)沖動等。毫無疑問，該芯片在某些方面模擬了人類的神經(jīng)系統(tǒng)，不過它依然有其局限性?！斑@類討論經(jīng)常會喚起人們的警醒，畢竟，硅可不是組成人腦的物質(zhì)?！盋hrisNicholson說道，它是Skymind公司的聯(lián)合創(chuàng)始人。

　　Modha也承認這些說法。當他在2008年開啟這一項目時，從Darpa(國防部的研究機構(gòu))得到了5350萬美元的投資，其目標是用完全不同的材料打造全新芯片并對人腦進行模擬。但他清楚這一目標不可能很快實現(xiàn)，“在追求夢想的路上也不能忽略現(xiàn)實”，他說道。

　　2010年，他因豬流感臥床不起，這段時間里他意識到突破瓶頸的最好方式就是從芯片結(jié)構(gòu)下手，實現(xiàn)對大腦的模擬?！澳悴恍枰屔窠?jīng)細胞模擬基礎(chǔ)物理學，化學和生物學來提升計算能力，我們要在維持足夠靈活性的同時變得與大腦越來越相似?！彼f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IBM的試運行，這一計劃也步入了正規(guī)。整個機器其實是48臺沒的機器組成的，每一個都有自己的TrueNorth處理器。下周，隨著試運行的結(jié)束，Modha和他的團隊將會分解這一機器，讓研究人員帶回家進行進一步的研究。人類利用科技改變社會，而這些研究者正是我們的中堅力量。