賦予計(jì)算機(jī)更多想象力和創(chuàng)造力的“類(lèi)人智能”時(shí)代正在加速到來(lái)——
未來(lái)的計(jì)算機(jī)越來(lái)越像大腦
人類(lèi)失去“電腦”，世界將會(huì)怎樣？
即便是人們把目前得到廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)叫做“電腦”，但實(shí)際上它們離真正的人類(lèi)“大腦”還有較大距離。近年來(lái)，隨著圖像處理、模式識(shí)別、機(jī)器翻譯、數(shù)據(jù)挖掘等一系列以智能為核心的應(yīng)用加速興起，傳統(tǒng)“電腦”愈發(fā)顯得“力不從心”，人們也開(kāi)啟了比“曼哈頓計(jì)劃”更具挑戰(zhàn)性的“仿腦”和“造腦”計(jì)劃。所謂“類(lèi)腦計(jì)算”，就是指仿真、模擬和學(xué)習(xí)借鑒人腦的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信息處理過(guò)程，構(gòu)建出具有學(xué)習(xí)能力的超低功耗新型計(jì)算系統(tǒng)。未來(lái)的計(jì)算機(jī)，或許真的越來(lái)越像人類(lèi)“大腦”。
“電腦”已來(lái)——
人類(lèi)大腦的極致克隆
當(dāng)你在報(bào)紙上讀到一段文字時(shí)，它已經(jīng)歷過(guò)一段奇妙的旅程。在這段旅程中，它先后被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制機(jī)器語(yǔ)言，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、物理單元存儲(chǔ)、字符轉(zhuǎn)換及顯示和打印輸出等一系列繁瑣過(guò)程，最后以標(biāo)準(zhǔn)格式被印刷到報(bào)紙上。隨著視頻處理、語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器翻譯、數(shù)據(jù)挖掘等智能化應(yīng)用時(shí)代的加速到來(lái)，數(shù)據(jù)處理量成指數(shù)倍增長(zhǎng)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)備越來(lái)越“不堪重負(fù)”。
相比于“谷歌大腦”用了上萬(wàn)個(gè)處理器、耗時(shí)數(shù)天來(lái)學(xué)習(xí)如何識(shí)別貓臉，相比于“阿爾法狗”平均每局圍棋耗電費(fèi)用近3000美元，僅僅由大量神經(jīng)元通過(guò)突觸連接在一起的人類(lèi)大腦顯得既“聰明”又“省電”，而構(gòu)成人腦的龐大復(fù)雜運(yùn)算網(wǎng)絡(luò)也成為研究熱點(diǎn)。目前，模擬人腦神經(jīng)元信息處理機(jī)制的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已成為“智能時(shí)代”最為重要的信息處理與建模方法，把深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算機(jī)融合成“類(lèi)腦計(jì)算”也日益受到世界各科技強(qiáng)國(guó)的高度關(guān)注。
發(fā)軔于1956年的人工智能曾試圖賦予計(jì)算機(jī)更多的“類(lèi)人智能”，由此衍變而來(lái)的“類(lèi)腦計(jì)算”已成為人類(lèi)追求使計(jì)算機(jī)擁有自主學(xué)習(xí)、想象創(chuàng)造的“終極目標(biāo)”。“類(lèi)腦計(jì)算”是指通過(guò)仿真、模擬和學(xué)習(xí)借鑒人腦的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信息處理過(guò)程的裝置、模型與方法，構(gòu)建出可實(shí)時(shí)處理非結(jié)構(gòu)化信息、具有學(xué)習(xí)能力的超低功耗新型計(jì)算系統(tǒng)，目標(biāo)就是制造可被稱(chēng)為真正“電腦”的類(lèi)腦計(jì)算機(jī)。
早在2008年，美國(guó)工程院就把“大腦反向工程”列為本世紀(jì)14個(gè)重大工程項(xiàng)目之一，旨在對(duì)人腦意識(shí)原理和計(jì)算方式做深度“解剖”。目前，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室正在與IBM公司合作研制大腦啟發(fā)式超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)，這種由芯片陣列組成的“類(lèi)腦計(jì)算”系統(tǒng)的識(shí)別和感官處理能力相當(dāng)于人腦的6400萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元和160億個(gè)神經(jīng)突觸。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)投入巨資資助IBM公司研制的計(jì)算機(jī)芯片“真北”，采用了類(lèi)腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，在執(zhí)行圖像識(shí)別與綜合感官處理等復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)時(shí)，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片。在此基礎(chǔ)上，美國(guó)正在加緊構(gòu)建類(lèi)腦超級(jí)計(jì)算平臺(tái)，一臺(tái)真正的“用電大腦”或?qū)⒌絹?lái)。
不再“燒腦”——
像人腦一樣高速運(yùn)行
在“真北”芯片問(wèn)世之時(shí)，這枚包含了100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元與超過(guò)2億個(gè)突觸的芯片就震驚世界，成功入選當(dāng)年的“十大科學(xué)突破”。這種模擬神經(jīng)元和突觸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片將打破傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)超過(guò)70年的工作模式，甚至將成為人類(lèi)研發(fā)百萬(wàn)兆級(jí)速度新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)的“算力引擎”。
與人腦一樣，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片打造的“類(lèi)腦計(jì)算”也具有顯著的高速運(yùn)行和低能耗特征。研究表明，讓一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)完成與人類(lèi)大腦同等任務(wù)的工作，需要消耗的能量是人腦的1000萬(wàn)倍，巨大的能耗壓力也成為計(jì)算能力增長(zhǎng)的一大技術(shù)瓶頸。此外，在處理諸如模式識(shí)別等復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如人腦。未來(lái)我們要想邁入 “智能時(shí)代”，可絕不能靠著傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片繼續(xù)“燒腦”。
“類(lèi)腦計(jì)算”的研究主要包括神經(jīng)科學(xué)、大腦信息處理原理、類(lèi)腦計(jì)算器和類(lèi)腦學(xué)習(xí)與處理算法等領(lǐng)域。目前，人們對(duì)于自己的大腦是如何“工作”的已經(jīng)積累了豐富知識(shí)，在此基礎(chǔ)上，為新一代“電腦”配上更好的硬件和算法成為當(dāng)務(wù)之急。德國(guó)研究人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在8英寸硅片上集成20萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元和5000萬(wàn)個(gè)突觸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片設(shè)計(jì)，并進(jìn)一步搭建了使用“神經(jīng)形態(tài)處理器”的計(jì)算機(jī)，與人腦在某些特征上已經(jīng)高度相似。
“類(lèi)腦計(jì)算”研究的初衷，就是在不影響性能的前提下進(jìn)一步降低現(xiàn)有計(jì)算設(shè)備功耗，或是在相同功耗下實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算速度。但要想真正實(shí)現(xiàn)高度“類(lèi)人”水平的人工智能，還需要進(jìn)一步理解人腦對(duì)于信息處理及學(xué)習(xí)算法。從2013年開(kāi)始，美國(guó)就宣布啟動(dòng)了“腦活動(dòng)繪圖”，重點(diǎn)資助開(kāi)展大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的人腦研究領(lǐng)域。DARPA近年來(lái)更是啟動(dòng)了數(shù)十項(xiàng)旨在提高對(duì)大腦了解和應(yīng)用的研究項(xiàng)目，其中可靠神經(jīng)接口技術(shù)、恢復(fù)編碼存儲(chǔ)器集成神經(jīng)裝置等項(xiàng)目已經(jīng)初具“類(lèi)腦計(jì)算”的諸多特征。
最強(qiáng)“戰(zhàn)腦”——
用科技組裝的“作戰(zhàn)大腦”
早在“阿爾法狗”與職業(yè)圍棋選手對(duì)局時(shí)，就有人推測(cè)“阿爾法狗”采用的已經(jīng)是“類(lèi)人腦”的高度智能技術(shù)。其實(shí)，“阿爾法狗”只是結(jié)合了類(lèi)腦與非類(lèi)腦的計(jì)算與智能，完美發(fā)揮各自特長(zhǎng)才取得了如此巨大的成功。未來(lái)功耗更低、更加智能的“類(lèi)腦計(jì)算”一旦到來(lái)，或?qū)㈤_(kāi)啟智能化革命的序幕，對(duì)社會(huì)生活和軍事變革產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。
正是基于此，美國(guó)早已將關(guān)注點(diǎn)聚焦到“類(lèi)腦計(jì)算”，試圖打造應(yīng)對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的最強(qiáng)“戰(zhàn)腦”。DARPA從2008年起開(kāi)始資助IBM公司的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片研究。如今，IBM公司已經(jīng)發(fā)布了“真北”的升級(jí)版“類(lèi)腦”芯片，集運(yùn)算、通信、存儲(chǔ)功能于一體，還進(jìn)一步搭建起神經(jīng)元“類(lèi)腦計(jì)算”原型機(jī)，引起世界各國(guó)的高度關(guān)注。同時(shí)，他們還積極發(fā)展能夠模擬人腦認(rèn)知和推理能力的類(lèi)腦芯片處理器，開(kāi)展包括“傳感與分析自適應(yīng)局部學(xué)習(xí)”等多個(gè)項(xiàng)目研究。就拿目前Google公司提出的深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)算法而言，就可實(shí)現(xiàn)通過(guò)不斷試錯(cuò)學(xué)習(xí)提高人工智能水平，將為未來(lái)模式識(shí)別的軍事應(yīng)用發(fā)揮重要作用。
除了用科技組裝的“作戰(zhàn)大腦”，未來(lái)軍事應(yīng)用最為火爆的當(dāng)屬具有“類(lèi)腦智能”的新一代機(jī)器人。“類(lèi)腦智能”機(jī)器人不同于通過(guò)預(yù)先設(shè)定規(guī)則而實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作及行為的“機(jī)器”，它是可通過(guò)模仿人類(lèi)及與環(huán)境交互而作出決策的“智能一族”。目前，DARPA已經(jīng)開(kāi)展了名為“阿凡達(dá)”的研究項(xiàng)目，旨在通過(guò)探索人類(lèi)機(jī)能整合神經(jīng)代碼，進(jìn)行進(jìn)攻性武器和系統(tǒng)的“類(lèi)腦”控制。此外，他們還曾投入巨資研究自主式雙腳機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)“機(jī)器人大兵”執(zhí)行諸如搜索監(jiān)視、救助傷員、攻擊威脅目標(biāo)等一系列作戰(zhàn)任務(wù)。同時(shí)，各類(lèi)“腦控”無(wú)人車(chē)和無(wú)人機(jī)也正在加速研制過(guò)程中，未來(lái)具有“類(lèi)腦智能”的無(wú)人設(shè)備就可通過(guò)自主“思考”實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛與飛行。
當(dāng)然，“類(lèi)腦計(jì)算”目前也只處于初步研究階段，但其對(duì)于人類(lèi)了解自身具有重要價(jià)值，同時(shí)在經(jīng)濟(jì)和國(guó)防應(yīng)用領(lǐng)域也具有廣闊的發(fā)展前景。張乃千 唐嘉崟 陸天歌
