自20世紀(jì)40年代計(jì)算機(jī)技術(shù)出現(xiàn)伊始，研制模擬人腦設(shè)備的想法既激起了科學(xué)家們的興趣，又讓他們感到彷徨。人腦是一個(gè)與眾不同的器官。這個(gè)猶如柚子般大小的海綿體僅消耗20瓦電力，便能使人類理解復(fù)雜的概念、暢游物質(zhì)世界、并創(chuàng)造出非凡的事物——從宇宙飛船到十四行詩。

顯然，模仿人腦已被證實(shí)是無比困難的。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)甚至不敢嘗試。它們使用線性邏輯和硬連線電路來進(jìn)行計(jì)算、發(fā)送消息、分析數(shù)據(jù)、組織知識(shí)，雖然消耗大量電力，但仍然無法與人腦千變?nèi)f化的思維能力匹敵。

然而今天，我們已經(jīng)站在了計(jì)算機(jī)的歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)上。在美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局的資助以及多所高�？茖W(xué)家的幫助下，IBM研究院的SyNAPSE團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了既強(qiáng)大、又節(jié)能的神經(jīng)突觸芯片，它將幫助計(jì)算機(jī)行業(yè)的先驅(qū)們實(shí)現(xiàn)夢想。IBM院士兼SyNAPSE項(xiàng)目組首席研究員Dharmendra S. Modha說：“我希望該科研成果能夠激發(fā)我們的靈感，讓我們重新思考計(jì)算機(jī)能為人類做些什么。” 《Science》雜志已于近日刊登了該項(xiàng)突破性成就的文章。

被SyNAPSE團(tuán)隊(duì)命名為TrueNorth的感官微處理器能夠處理基于感官的多個(gè)用腦情境，包括視覺、聽覺及多感官情境。該芯片尤其適用于因電力和容積問題而導(dǎo)致計(jì)算能力受到限制的情況，如機(jī)器人、傳感器網(wǎng)絡(luò)、公共安全監(jiān)控應(yīng)用、以及作為移動(dòng)傳感設(shè)備使用的智能手機(jī)等。

此外，該芯片也可與諸如IBM Watson等其他認(rèn)知計(jì)算技術(shù)結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)具有學(xué)習(xí)和推理能力的系統(tǒng)，幫助人類做出更佳的決策。

每個(gè)TrueNorth芯片都包含100萬個(gè)可編程神經(jīng)元(是當(dāng)今現(xiàn)有最大神經(jīng)突觸芯片的16倍)及2.56億個(gè)突觸。54億個(gè)晶體管使該芯片成為迄今世界上制造的最大的數(shù)字集成電路之一。

通過將數(shù)十或數(shù)百個(gè)TrueNorth芯片平鋪于電路板上，您能夠快速擴(kuò)展至超級(jí)計(jì)算級(jí)能力。設(shè)想一下，這樣就能夠通過全世界每一臺(tái)電波望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)分析來自外太空的所有數(shù)據(jù)。卓越的能效與強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力對(duì)該芯片而言同等重要。單個(gè)TrueNorth處理器僅需消耗70毫瓦的電力。進(jìn)行生物實(shí)時(shí)運(yùn)算時(shí)，基于該芯片的計(jì)算機(jī)的能效比傳統(tǒng)系統(tǒng)低數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。

以下是該芯片的工作原理：

諸如攝像機(jī)等傳感設(shè)備將檢測到的信號(hào)發(fā)送至布滿神經(jīng)元和突觸的片上網(wǎng)絡(luò)。這些信號(hào)被轉(zhuǎn)換成尖峰電流，沿著與人腦軸突線對(duì)應(yīng)的電線流動(dòng)，和與人腦神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的數(shù)字交換機(jī)接觸，然后根據(jù)其組成和強(qiáng)度，通過虛擬軸突和突觸分散至其他神經(jīng)元。通過這種方式，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將能夠了解信號(hào)模式并且通過識(shí)別重復(fù)模式進(jìn)行學(xué)習(xí)。

三星電子采用其先進(jìn)的28納米CMOS技術(shù)——當(dāng)今制造芯片的主流方法，為IBM公司制造該芯片。

SyNAPSE團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了軟件生態(tài)圈來幫助TrueNorth技術(shù)付諸于實(shí)踐，包括名為“Compass”的模擬器以及名為“Corelet”的編程環(huán)境。該編程環(huán)境允許應(yīng)用程序開發(fā)者創(chuàng)建可復(fù)用的軟件模塊，進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻分析、信號(hào)處理、以及對(duì)象檢測、分類和識(shí)別。

我能設(shè)想出TrueNorth的多種用途。例如幫助盲人看見東西的智能眼鏡。這種眼鏡將能夠通過實(shí)時(shí)視頻分析來幫助佩戴者繞過障礙物，甚至通過入耳式接收器聽到其他人竊竊私語的關(guān)鍵信息。再或者像便攜式健康診斷設(shè)備。

若在醫(yī)院手術(shù)室使用TrueNorth系統(tǒng)會(huì)怎樣?在探查手術(shù)中，醫(yī)生能夠?qū)θ梭w組織樣本進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，從而降低組織切除或二次手術(shù)的需求。

汽車制造商可以使用該芯片來幫助試駕未來的無人駕駛汽車。當(dāng)今的試驗(yàn)性車輛根本無法像人類那樣真正“看清”道路。他們必須通過編程對(duì)各種路況做出反應(yīng)。基于該芯片技術(shù)的系統(tǒng)將能夠自行了解路況并對(duì)意外情況熟練地做出反應(yīng)。

您可以使用數(shù)千個(gè)此類芯片建造出非常強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

而且，我敢保證TrueNorth有朝一日會(huì)用于智能手機(jī)中;您可以設(shè)想一下，快速輕松完成身份鑒定的面部識(shí)別系統(tǒng)、或者能夠嗅出空氣中污染源、漏氣點(diǎn)或其他有毒物質(zhì)的系統(tǒng)。

當(dāng)SyNAPSE團(tuán)隊(duì)于8年前開始這項(xiàng)工作時(shí)，人們普遍認(rèn)為他們不會(huì)取得成功，但Dharmendra和他的團(tuán)隊(duì)做到了。他們?cè)O(shè)計(jì)出該芯片并且圍繞其構(gòu)建了技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)。

他們實(shí)現(xiàn)了科學(xué)界長久以來的夢想。雖然這只是類人腦技術(shù)研究過程中的第一步，但我們已經(jīng)真正踏上了通往計(jì)算新時(shí)代的道路。