賦予計算機(jī)更多想象力和創(chuàng)造力的“類人智能”時代正在加速到來——
未來的計算機(jī)越來越像大腦
人類失去“電腦”，世界將會怎樣？
即便是人們把目前得到廣泛應(yīng)用的計算機(jī)叫做“電腦”，但實(shí)際上它們離真正的人類“大腦”還有較大距離。近年來，隨著圖像處理、模式識別、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”，人們也開啟了比“曼哈頓計劃”更具挑戰(zhàn)性的“仿腦”和“造腦”計劃。所謂“類腦計算”，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)和信息處理過程，構(gòu)建出具有學(xué)習(xí)能力的超低功耗新型計算系統(tǒng)。未來的計算機(jī)，或許真的越來越像人類“大腦”。
“電腦”已來——
人類大腦的極致克隆
當(dāng)你在報紙上讀到一段文字時，它已經(jīng)歷過一段奇妙的旅程。在這段旅程中，它先后被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制機(jī)器語言，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、物理單元存儲、字符轉(zhuǎn)換及顯示和打印輸出等一系列繁瑣過程，最后以標(biāo)準(zhǔn)格式被印刷到報紙上。隨著視頻處理、語音識別、機(jī)器翻譯、數(shù)據(jù)挖掘等智能化應(yīng)用時代的加速到來，數(shù)據(jù)處理量成指數(shù)倍增長，傳統(tǒng)計算機(jī)設(shè)備越來越“不堪重負(fù)”。
相比于“谷歌大腦”用了上萬個處理器、耗時數(shù)天來學(xué)習(xí)如何識別貓臉，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)元通過突觸連接在一起的人類大腦顯得既“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)與計算機(jī)融合成“類腦計算”也日益受到世界各科技強(qiáng)國的高度關(guān)注。
發(fā)軔于1956年的人工智能曾試圖賦予計算機(jī)更多的“類人智能”，由此衍變而來的“類腦計算”已成為人類追求使計算機(jī)擁有自主學(xué)習(xí)、想象創(chuàng)造的“終極目標(biāo)”。“類腦計算”是指通過仿真、模擬和學(xué)習(xí)借鑒人腦的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信息處理過程的裝置、模型與方法，構(gòu)建出可實(shí)時處理非結(jié)構(gòu)化信息、具有學(xué)習(xí)能力的超低功耗新型計算系統(tǒng)，目標(biāo)就是制造可被稱為真正“電腦”的類腦計算機(jī)。
早在2008年，美國工程院就把“大腦反向工程”列為本世紀(jì)14個重大工程項(xiàng)目之一，旨在對人腦意識原理和計算方式做深度“解剖”。目前，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室正在與IBM公司合作研制大腦啟發(fā)式超級計算系統(tǒng)，這種由芯片陣列組成的“類腦計算”系統(tǒng)的識別和感官處理能力相當(dāng)于人腦的6400萬個神經(jīng)元和160億個神經(jīng)突觸。美國國防部高級研究計劃局(DARPA)投入巨資資助IBM公司研制的計算機(jī)芯片“真北”，采用了類腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，在執(zhí)行圖像識別與綜合感官處理等復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)時，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)計算機(jī)芯片。在此基礎(chǔ)上，美國正在加緊構(gòu)建類腦超級計算平臺，一臺真正的“用電大腦”或?qū)⒌絹怼?/p>
不再“燒腦”——
像人腦一樣高速運(yùn)行
在“真北”芯片問世之時，這枚包含了100萬個神經(jīng)元與超過2億個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)計算機(jī)超過70年的工作模式，甚至將成為人類研發(fā)百萬兆級速度新一代超級計算機(jī)的“算力引擎”。
與人腦一樣，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片打造的“類腦計算”也具有顯著的高速運(yùn)行和低能耗特征。研究表明，讓一臺超級計算機(jī)完成與人類大腦同等任務(wù)的工作，需要消耗的能量是人腦的1000萬倍，巨大的能耗壓力也成為計算能力增長的一大技術(shù)瓶頸。此外，在處理諸如模式識別等復(fù)雜問題時，計算機(jī)的運(yùn)算能力其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如人腦。未來我們要想邁入 “智能時代”，可絕不能靠著傳統(tǒng)計算機(jī)芯片繼續(xù)“燒腦”。
“類腦計算”的研究主要包括神經(jīng)科學(xué)、大腦信息處理原理、類腦計算器和類腦學(xué)習(xí)與處理算法等領(lǐng)域。目前，人們對于自己的大腦是如何“工作”的已經(jīng)積累了豐富知識，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。德國研究人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在8英寸硅片上集成20萬個神經(jīng)元和5000萬個突觸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片設(shè)計，并進(jìn)一步搭建了使用“神經(jīng)形態(tài)處理器”的計算機(jī)，與人腦在某些特征上已經(jīng)高度相似。
“類腦計算”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)有計算設(shè)備功耗，或是在相同功耗下實(shí)現(xiàn)更高的計算速度。但要想真正實(shí)現(xiàn)高度“類人”水平的人工智能，還需要進(jìn)一步理解人腦對于信息處理及學(xué)習(xí)算法。從2013年開始，美國就宣布啟動了“腦活動繪圖”，重點(diǎn)資助開展大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的人腦研究領(lǐng)域。DARPA近年來更是啟動了數(shù)十項(xiàng)旨在提高對大腦了解和應(yīng)用的研究項(xiàng)目，其中可靠神經(jīng)接口技術(shù)、恢復(fù)編碼存儲器集成神經(jīng)裝置等項(xiàng)目已經(jīng)初具“類腦計算”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)圍棋選手對局時，就有人推測“阿爾法狗”采用的已經(jīng)是“類人腦”的高度智能技術(shù)。其實(shí)，“阿爾法狗”只是結(jié)合了類腦與非類腦的計算與智能，完美發(fā)揮各自特長才取得了如此巨大的成功。未來功耗更低、更加智能的“類腦計算”一旦到來，或?qū)㈤_啟智能化革命的序幕，對社會生活和軍事變革產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。
正是基于此，美國早已將關(guān)注點(diǎn)聚焦到“類腦計算”，試圖打造應(yīng)對未來戰(zhàn)爭的最強(qiáng)“戰(zhàn)腦”。DARPA從2008年起開始資助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”的升級版“類腦”芯片，集運(yùn)算、通信、存儲功能于一體，還進(jìn)一步搭建起神經(jīng)元“類腦計算”原型機(jī)，引起世界各國的高度關(guān)注。同時，他們還積極發(fā)展能夠模擬人腦認(rèn)知和推理能力的類腦芯片處理器，開展包括“傳感與分析自適應(yīng)局部學(xué)習(xí)”等多個項(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)通過不斷試錯學(xué)習(xí)提高人工智能水平，將為未來模式識別的軍事應(yīng)用發(fā)揮重要作用。
除了用科技組裝的“作戰(zhàn)大腦”，未來軍事應(yīng)用最為火爆的當(dāng)屬具有“類腦智能”的新一代機(jī)器人。“類腦智能”機(jī)器人不同于通過預(yù)先設(shè)定規(guī)則而實(shí)現(xiàn)各種動作及行為的“機(jī)器”，它是可通過模仿人類及與環(huán)境交互而作出決策的“智能一族”。目前，DARPA已經(jīng)開展了名為“阿凡達(dá)”的研究項(xiàng)目，旨在通過探索人類機(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，各類“腦控”無人車和無人機(jī)也正在加速研制過程中，未來具有“類腦智能”的無人設(shè)備就可通過自主“思考”實(shí)現(xiàn)無人駕駛與飛行。
當(dāng)然，“類腦計算”目前也只處于初步研究階段，但其對于人類了解自身具有重要價值，同時在經(jīng)濟(jì)和國防應(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
