40年了！“人腦”芯片離我們還有多遠(yuǎn)？

40年前人類就夢(mèng)想著發(fā)明可以思考的計(jì)算機(jī)。盡管到目前為止，這一夢(mèng)想還未實(shí)現(xiàn)，但幾大軟件巨頭高通、IBM和英特爾早已開始了“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片”開發(fā)，并各自取得不小的進(jìn)展。未來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片或許會(huì)廣泛應(yīng)用智能手機(jī)、平板電腦以及云計(jì)算主機(jī)上，并成為軟件巨頭們相互廝殺的新的戰(zhàn)場(chǎng)。
當(dāng)我們透過(guò)雙眼來(lái)看這個(gè)世界時(shí)，我們的大腦可以瞬間識(shí)別和感知所看到的事物。從根本上講，人的大腦是一個(gè)可以傳遞內(nèi)容和感知的“模式匹配”機(jī)器。比如，當(dāng)你看到某個(gè)人時(shí)，你就能辨別出他的身高、面部表情、衣著和聲音。
但是，計(jì)算機(jī)“大腦”卻無(wú)法做到這些。盡管它跟人的大腦一樣，可以看到生活中的相同物體，也可以告訴你這是什么東西，但是它依靠的還是早先儲(chǔ)存在它里面的數(shù)據(jù)，通過(guò)匹配數(shù)字模型來(lái)識(shí)別事物。比如，當(dāng)Facebook或者谷歌使用人臉識(shí)別軟件來(lái)確定照片中的人物身份時(shí)，計(jì)算機(jī)需要可以識(shí)別此人的數(shù)據(jù)庫(kù)支持。也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)性的“感知”，如果它要在不同的照片中匹配相同的臉，它仍需要數(shù)據(jù)的支持。

但是，如果我們能創(chuàng)造出模仿人類大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的芯片呢?
事實(shí)上，幾大科技巨頭們?cè)缭谑畮啄昵熬烷_始嘗試開發(fā)這類芯片，只是目前還沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。目前，高通、IBM以及英特爾都紛紛表示，他們已快要開發(fā)出具備大腦思考的計(jì)算機(jī)以及實(shí)際的產(chǎn)品。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)影響
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片計(jì)算機(jī)概念長(zhǎng)久以來(lái)作為一個(gè)“目標(biāo)”存活在計(jì)算機(jī)科學(xué)家心里。上世紀(jì)80年代，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局提出了“神經(jīng)中樞和超強(qiáng)人工智能”概念。此后，計(jì)算機(jī)科學(xué)家就開始了漫長(zhǎng)的人腦計(jì)算機(jī)開發(fā)。
被譽(yù)為“微處理器”之父的費(fèi)德里科?費(fèi)金(FedericoFaggin)夢(mèng)想著可以開發(fā)出一個(gè)具備電腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理器。他的公司Synaptics也試圖在打造可以具備人腦思考的芯片。盡管最終未能實(shí)現(xiàn)，但是正是這家公司的付出，促使了觸摸感應(yīng)以及筆記本觸板和觸摸屏技術(shù)的產(chǎn)生。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)比費(fèi)金想象要復(fù)雜的多。高通、IBM以及英特爾等芯片制造商正在嘗試了解微處理器開發(fā)原理以及人腦，力圖打造出一種全新的計(jì)算機(jī)芯片：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器。
基本的、高級(jí)的研究依舊不斷出現(xiàn)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)大腦開發(fā)中。高通希望能在明年之前開發(fā)出被他們稱之為“神經(jīng)處理器”的芯片。IBM、英特爾也在齊頭趕上。BrainCorp(由高通投資的創(chuàng)業(yè)公司)等公司目前正集中人腦計(jì)算機(jī)的研究和應(yīng)用，并加入可以模仿人腦認(rèn)知過(guò)程的算法，以此來(lái)提升計(jì)算機(jī)視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)控制能力。
計(jì)算機(jī)的重新定義
目前的計(jì)算機(jī)芯片提供的是相對(duì)直接、嚴(yán)格的功能，如處理信息、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)、收集傳感器讀數(shù)。也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)完全是按照人的指令來(lái)完成任務(wù)，只不過(guò)每年它的工作效率都會(huì)提高。
高通的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器”與一般的處理器工作原理不同。從本質(zhì)上講，它仍然是一個(gè)由硅晶體材料構(gòu)成的典型計(jì)算機(jī)芯片，但是它能夠完成“定性”功能，而非“定量”功能。高通開發(fā)的軟件工具可以模仿大腦活動(dòng)，處理器上的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”按照人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的方式而設(shè)計(jì)，它可以允許開發(fā)者編寫基于“生物激勵(lì)”程序。高通設(shè)想其“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器”可以完成“歸類”和“預(yù)測(cè)”等認(rèn)知任務(wù)。
高通給其“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器”起名為“Zeroth”。Zeroth的名字起源于“第零原則”?！暗诹阍瓌t”規(guī)定，機(jī)器人不得傷害人類個(gè)體，或者因不作為致使人類個(gè)體受到傷害。
高通首席技術(shù)官麥特?格魯伯(MattGrob)給出了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)用例子：給一個(gè)機(jī)器人配置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，并且一只腿由鉸鏈接合。然后，給這個(gè)機(jī)器人一個(gè)簡(jiǎn)單的“愿望”，即坐下時(shí)“難受”，站起來(lái)時(shí)則OK。機(jī)器人在經(jīng)過(guò)起初一段擺動(dòng)后，最后知道了如何站立。如果你強(qiáng)行將其按下，它也會(huì)立馬站起來(lái)。
機(jī)器人知道了如何站立，它就具備了這種愿望，也就是它已經(jīng)被編程。它剛開始不知道如何站立，但是當(dāng)有任何外部動(dòng)作刺激它完成自己的愿望時(shí)，它就會(huì)立馬知道如何站立。
高通希望“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器”芯片在未來(lái)幾年時(shí)間能夠覆蓋到各種設(shè)備，包括智能手機(jī)、基于云構(gòu)架的主機(jī)等。
目前，大部分智能手機(jī)和平板電腦都由集成芯片控制，這種芯片包含了處理器、專業(yè)圖片處理器以及通信系統(tǒng)(如LTE或者WiFi技術(shù))。高通希望，在不久的將來(lái)，“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器”或者直接進(jìn)入芯片系統(tǒng)，或者作為機(jī)設(shè)備中獨(dú)立的芯片存在。
IBM現(xiàn)在也在開發(fā)名為TrueNorth的認(rèn)知計(jì)算機(jī)。TrueNorth跟高通Zeroth芯片不同，它的計(jì)算機(jī)架構(gòu)基于IBM公司于2011年發(fā)布的認(rèn)知計(jì)算領(lǐng)域的成果——使用基于“神經(jīng)突觸核心”網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)芯片，在該網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算機(jī)可以像人腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣管理信息。TrueNorth以分布式、平行的方式來(lái)儲(chǔ)存、處理信息，與人腦中的神經(jīng)元和突觸對(duì)信息的處理方式一致。
英特爾的“神經(jīng)形態(tài)”芯片的基礎(chǔ)構(gòu)架基于“自旋設(shè)備”。它的設(shè)計(jì)基于兩項(xiàng)技術(shù)：橫向自旋閥(lateralspinvalves)和憶阻器。橫向自旋閥是一種金屬線連接的小型磁鐵，能根據(jù)通過(guò)的電子自旋方向開關(guān)。憶阻器則是有記憶功能的非線性電阻器。英特爾工程師設(shè)計(jì)的芯片架構(gòu)工作方式類似神經(jīng)元，能復(fù)制出大腦處理能力。
高通表示，其所開發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器將盡快投入應(yīng)用，最快將在明年。高通表示：“我們神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器將利用高通整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，目標(biāo)針對(duì)‘嵌入式應(yīng)用’，并與傳統(tǒng)的處理器緊密結(jié)合，向客戶在特定專業(yè)領(lǐng)域提供更節(jié)能、更全面的解決方案。”
嵌入式應(yīng)用也就意味著，高通芯片可以控制用戶界面和體驗(yàn)等某些方面，智能手機(jī)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的視覺(jué)和音頻具備認(rèn)知功能。比如，某人喜歡在晚上9點(diǎn)以后看電視劇，不喜歡在這段時(shí)間被電話騷擾。當(dāng)剛好在這段時(shí)間有電話打進(jìn)來(lái)時(shí)，他就可以對(duì)手機(jī)說(shuō)“討厭的電話!”手機(jī)就會(huì)知道這段時(shí)間打進(jìn)來(lái)的電話會(huì)打擾主人，于是就會(huì)將這類電話自動(dòng)轉(zhuǎn)化為語(yǔ)音郵箱。
如果這類芯片能被廣泛應(yīng)用，高通希望成為開發(fā)者中心。高通的價(jià)值定位是：讓開發(fā)者借助高通工具，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器編程如同開發(fā)應(yīng)用軟件一樣那個(gè)簡(jiǎn)單。[!--empirenews.page--]
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器可能最終成為計(jì)算機(jī)科學(xué)家的一場(chǎng)“白日夢(mèng)”。盡管高通、IBM和英特爾已經(jīng)都在朝神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器方向邁進(jìn)，但這種處理器是否會(huì)在智能手機(jī)、云計(jì)算主機(jī)以及機(jī)器人身上被廣泛應(yīng)用，目前還是未知數(shù)。與此同時(shí)，最近在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器領(lǐng)域的研究和進(jìn)展離費(fèi)金在40年前提出的夢(mèng)想目標(biāo)還相差甚遠(yuǎn)。