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它是AI的终极答案吗?类脑芯片简史

2019-11-06 19:59      点击:
可是果真如此吗?类脑芯片是否便是AI的终极答案,今日还埋藏着太多不确定性。而想要客观知道类脑芯片的未来,咱们或许有必要要把时刻倒回一些,先了解它的曩昔。 滴滴大脑人工智能大数据,神经行为学,类脑核算,GPU,架构杂乱化

本年8月,有个音讯轰动了我国科技界,尤其是AI圈。由我国科研团队研制的“天机”芯片登上了《天然》杂志封面。相关文章展现了清华大学施路平团队研制的国际首款异构交融类脑芯片,它既可支撑脉冲神经网络又支撑人工神经网路,而且发布了使用“天机芯片”完结自行车主动驾驶的试验视频。

这件事给出资界、工业界的直接影响,是在近段时刻“类脑芯片”和“类脑核算”相关的投融资、并购与创业公司忽然多了起来。“类脑”相关的会议活动也忽然添加。尽管说“类脑热”还远远谈不上,但这个范畴的忽然升温却是实在可见的。

假如咱们把目光放得更远一点,类脑芯片的确在这几年有了大规模的迸发。各大学试验室以及科技巨子纷繁拿出了类脑芯片产品,也有不少专家学者以为,人工智能要阅历简略人工智能、深度人工智能、通用人工智能三个阶段。而今日的深度学习代表了第二阶段的初步,类脑核算则是通用智能大门的钥匙。

事已至此,或许给大众的感觉是,类脑芯片现已是注定的未来,人类现已借由它找到了通向强人工智能的门径。

可是果真如此吗?类脑芯片是否便是AI的终极答案,今日还埋藏着太多不确定性。而想要客观知道类脑芯片的未来,咱们或许有必要要把时刻倒回一些,先了解它的曩昔。

一段人类知道神经与大脑的曩昔。

神经行为学:AI之外的另一条路

从人类的大脑和才智中,抽取提炼某种技能,是一件源源不绝的作业。能不能让机械像人类相同辨认、判别和考虑,终究开展出了今日的AI。

而在另一项“兄弟研讨”里,却一步步开展出了今日的类脑芯片——换言之,类脑芯片的起点某种程度上来说跟AI没啥联系。由于它类的是青蛙的脑。

早在16世纪,达芬奇就在手稿中剖析过无头青蛙也能活的现象,某种程度上来说他发现了生物电和中枢神经体系的隐秘。可是咱们知道达芬奇手稿近世才被发表,所以这个发现就像他许多惊天创造相同变成了“达芬奇的隐秘”。

1786年,伽格尼发现了青蛙挂在金属栅门上腿会抽动的现象,继而一步步建立了前期生物电学。沿着青蛙们以尊贵献身精力开辟的路途,人类逐步发现了生物电和神经体系的奥妙。即生物的神经工作,是依托生物电影响神经元节点,终究完成了大脑操控机体的网状神经结构。

类脑芯片

由这个结构初步,神经学界很天然就会考虑另一个问题:已然动物是依托神经元来传递信息、进行操控的,那么这种操控是怎么发作的呢?

环绕这个问题,人类在20世纪初步绵长的,对神经传递、神经动力的研讨,并在1963年完结了神经行为学的术语概念承认。这个学科中,研讨者从生物、解剖、神经反射等多个视点提出了关于神经元的行为学模型。其间许多关于神经元核算的评论,乃至早于AI概念的提出。

咱们知道,今日人工神经网络是AI的柱石,但人工神经网络的提出,其实仅仅上世纪70年代,AI和核算机学界对神经元研讨的一次学习,首要是仿照了神经元分层处理的特征。它的根底仍是坐落在统计学和操控论的概念上。

但随着AI和现代核算的不断开展,作为“兄弟学科”的神经行为学本身也在前进。所以就有人联想到了,能不能直接全体移植神经元体系,在实践国际里,把类似动物大脑中神经元行为的动力机制变成一种运算机制?

之所以要这么干,首要仍是接近21世纪,人类发现冯诺依曼架构不断抵近极限。一种从根儿上不同于经典核算的核算架构,或许是最一了百了的处理办法。量子核算是一种处理方法,而全仿生神经元行为学的处理计划则是另一种——这一种在大部分时分就被简称为类脑核算。

事实上,类脑核算中除了神经元行为学的仿生核算,也还要其他核算方法。但今日,毫无疑问仿照神经元行为是最成功的一种,所以咱们今日看到的二者大体是能够划等号的。

究竟人脑肯定是最好的核算机,加上想开展AI,那么类似人脑结构的核算方法显着极具魅惑。所以类脑核算在许多新核算方法中天然占有着加分项,而又过了几十年,摩尔定律的极限愈创造显的今日,类脑核算也的确拿出了一些成果。

类脑核算:比特之外的另一条路

想要了解芯片化的类脑核算之前,咱们还要先了解两个东西:SNN和人工突触。

上面咱们说过了,人工神经网络(ANN),本质上仍是一种根据统计学递归原理所构建的核算架构。那么想要搞类脑核算,就需求一种更仿生大脑神经元运作的核算架构。这种架构应该体现出人脑核算的高效、精准和连续性,从而对存储别离的冯诺依曼架构提出应战。

是不是有这种东西呢?还真有。

这便是今日类脑芯片们的根底查验规范:脉冲神经网络SNN。1952年,发现了神经学的功用的离子学说和突触电位的诺贝尔医学奖得主,艾伦·劳埃德·霍奇金爵士提出了脉冲神经网络这种神经行为学模型。

SNN的价值在于,它描绘了神经元之间的电位是怎么发作和活动的,它以为神经元之间的交流首要靠“神经递质”来发作化学放电,从而在神经网络中完成杂乱和可变的神经体系交互。

这一创造来到了核算国际,就变成了一种高度仿照神经元的核算架构。它用发作脉冲的仿生来模仿神经元电位,构成了一种共同的网络结构。 今日,SNN现已在许多范畴,比方低功耗和通用处理才干证明了自己的优异。

可是关于许多说SNN一定是ANN的进化,是下一代神经网络,这个说法有失偏颇。事实上,SNN的呈现并不比ANN晚。说白了要有用早就用了,实在让它停留在试验室中的,仍是缺少实践的使命处理才干。但就像大规模并行核算从头激活了熟睡几十年的ANN相同,SNN的未来谁又说得准呢?

类脑核算的另一个要害点,是核算节点的问题。咱们知道,比特核算的节点是晶体管的导电开关。而类脑核算则要求模仿出与人类神经元类似的核算节点,来完成非比特核算的另一条路。这也便是说,咱们需求人工神经突触。

今日关于怎么模仿,或许制作人工突触,现已有相当多的探究。但全体而言新资料还有这样那样的问题,能够量产的类脑芯片,底子仍是用电路模仿人工突触的方法来完成类脑核算。这样做对工艺要求很高,出产功率地下,其实并非长久之计。

沿着这两条路,人类渐渐就摸到了类脑芯片的大门。

2011年,IBM发布了TrueNorth芯片,这也是人类用电路模仿神经行为学的初步。2014年TrueNorth更新了第二代,功耗达到了平方厘米耗费 20 毫瓦,印证了类脑芯片的低功耗价值,也在一些AI使命上印证了类脑芯片的实践作业才干。

而紧随其后的,想想也知道应该是英特尔。2017年,英特尔发布了类脑芯片Loihi,其具有13万个人工突触。本年7月,英特尔发布了声称业界首个大规模神经形状核算体系Pohoiki Beach。这个体系由64块Loihi组合而成,现已能够在主动导航、连续规划等需求高效履行的AI使命中带来高于GPU的功耗和处理才干。

类脑芯片

除此之外,业界比较知名的类脑芯片还有高通的Zeroth,以及一些高校试验室和创业公司创造的芯片。吃瓜大众共同表明,这个场子现在就缺谷歌了。

事实上,某种程度上看2019年是类脑芯片迸发使用潜力的一年。无论是我国的天机,仍是英特尔和IBM的类脑芯片,都现已在今日被证明了在低功耗和超高速反响上,具有值得等待的作用。这或许给AI范畴的一些相关使命,比方非监督学习、快速定位、途径规划上带来协助。

可是客观来说,类脑芯片并不是彻底老练的。尽管干流科技公司纷繁布局,我国浙大的“达尔文”芯片、清华的“天机”芯片都现已在路上。但类脑芯片间隔实在建立工业价值,从试验室步入实践国际,还有很长的路要走。

已知的,不知道的:类脑芯片的今日

类脑芯片究竟是什么?是人类的朗基努斯枪,仍是唐·吉歌德面向风车的宣言?或许咱们真的没有必要在今日就给出答案。核算史上历来不是每一次测验都有必要成功,一起许多失利也具有巨大的价值。

归纳来看,今日类脑芯片的开展至今,现已能够清晰它的几大优势和特性,也便是类脑芯片的光亮面:

1、像人脑相同的存算一体,打破了存储核算别离的架构,这是类脑核算的中心打破。

2、功耗极低,而且不会因核算使命的架构杂乱化而功耗激增。这总算让核算耗电和散热两大难题找到了新的方向。

3、或许更合适SNN代表的类神经元核算架构,在未来AI开展之路上想想无限。而且具有架构灵敏,阵列化核算功率不衰减等等长处。

当然,最底子的优势在于,类脑核算能够绕开比特编程和摩尔定律。在算力极限面前,是跟量子核算相同都是人类的首要救生船。

可是光亮面的背面当然便是暗影,也要的确看到的是,类脑芯片在今日还有极大的不确定性,尤其是有一些根底问题无从回答。

类脑芯片

比方类脑芯片的使命性处理才干差、算力水平过低。第一代TrueNorth乃至无法处理任何有价值的使命。尽管通过几年的开展,类脑核算能够处理的使命越来越多,可是要看到这些使命都有苛刻的先决条件。关于绝大部分核算方针来说,类脑芯片都表明带不动。

另一方面,用电子电路模仿人工突触,是极端不划算的一件事。它要花费极高的工艺与技能本钱,来完成功率并不高的神经元模仿。所以面向未来,更多人以为一定要找到能够替代经晶体管的,归于类脑核算的新资料——可是这个资料是什么,怎么才干做到像硅晶片相同廉价,今日都是不知道数。

另一方面,适配类脑核算的架构、算法、编程计划等等也处在广泛的空白期。整体来看,类脑芯片今日就像一片新的开发区,邻近有机场,有铁路,但其他东西都还停留在开发计划上。

尤其在咱们身边,还要特别警觉一件事,那便是类脑芯片虚伪昌盛带来的风险。AI火了之后,更未来更AI的技能成为投融资与政府扶持热门,是一件很天然的事。但类脑核算和类脑芯片,事实上还有十分远的路要走。今日在工业中评论它,许多时分都是漫无边际的非理性想象。

笔者从前参加过一些当地工业安排牵头举行的类脑芯片活动,现场评论无所适从,产学各界代表彻底没有在一致的技能逻辑上打开对话。乱拳打死老师傅形式的盲目开展类脑,很或许终究留下“遇事不决,量子力学”般的一摊浆糊。

回到类脑芯片的实在开展途径,今日的类脑芯片,本质上还处在有太多不确定性的试验室探究阶段。它的前进在实在发作,我国也的确站在十分具有想象力的起跑线上,但想让类脑芯片为国际奉献些什么,咱们或许还要拿出更多,更多的,以及更多的耐性。

不知道我们看过电影《富春山居图》没有?那是一部划时代的烂片,但它主题曲的几句歌词,十分合适放在这儿作为结束:

“横竖你的亲吻无凭无证

就随天机而死天意而生

只需答案,不要问”

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