這臺計算機就是浙江大學聯(lián)合之江實驗室近日發(fā)布的我國首臺類腦計算機。效仿大腦神經(jīng)元工作的它，包含了1.2億個脈沖神經(jīng)元和近千億個神經(jīng)突觸。這臺計算機，有什么了不起的“超能力”？

1. 像大腦一樣“思考”

在浙江大學的一間實驗室里，3臺1.6米高的標準服務器機箱并排而立，黑色外殼內(nèi)，紅色信號燈不斷閃爍。

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類腦計算機

“別看外形和一般電子計算機沒什么區(qū)別，類腦計算機的內(nèi)核可是非常不同的。”研究團隊負責人、浙江大學計算機科學與技術學院教授潘綱說，這臺類腦計算機包含792顆浙江大學研制的達爾文2代類腦芯片，典型運行功耗只需要350~500瓦。

類腦計算機的芯片模擬的是大腦神經(jīng)網(wǎng)絡的結構與功能機制，在圖像、視頻、自然語言模糊處理方面優(yōu)勢明顯，造出這樣的計算機，近來已是計算機科學的競爭前沿。2015年和2019年浙江大學先后研制成功達爾文一代和達爾文二代類腦計算芯片，在此基礎上，團隊向類腦計算機進軍。

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類腦計算機應用演示：嗅覺識別

“簡單說來，大腦神經(jīng)元的工作機理可以理解為，隨著神經(jīng)元接受輸入脈沖，其細胞體的膜電壓升高，當達到特定閾值時，會發(fā)出一個輸出脈沖到軸突，傳遞到鄰近神經(jīng)元，實現(xiàn)信息的傳遞。信號來時方啟動，沒有信號不運行。”項目研究骨干、浙江大學副教授馬德說，類腦計算機工作原理提煉自生物神經(jīng)元的“日常生活”，相較于傳統(tǒng)計算機，能耗顯著降低，效率大為提升。

為了讓大量神經(jīng)元高效聯(lián)動，令雜亂無章的信息流得以有序分配，科研人員還專門研發(fā)了達爾文類腦操作系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)的功能任務切換時間已達微秒級。

2. 顛覆傳統(tǒng)的“大塊頭”

相較于我們?nèi)粘Ｊ褂玫男∏奢p便的各類電子計算機，今天的類腦計算機還是個“大塊頭”。但科學家們表示，如果用電子計算機的歷史來衡量，類腦計算機現(xiàn)在還處于一切草創(chuàng)的“埃尼阿克”（ENIAC）階段，隨著芯片及其他硬件的不斷迭代升級，類腦計算機“減重”指日可待。

電子計算機傳統(tǒng)上仰賴長于數(shù)值計算的馮·諾依曼架構，然而，隨著摩爾定理逐漸失效，這一架構的局限日益明顯。從存儲到功耗，以至于智慧水平，有前瞻性的科學家已經(jīng)看到了它的“瓶頸”。

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研究團隊在討論

“馮·諾依曼架構中數(shù)據(jù)儲存和計算分離，這就好比信息存儲在甲地，要計算的時候卻得把信息搬到乙地去，算完了再搬回來。但搬運的速度要遠遠低于計算的速度，反而讓搬運本身成為麻煩。”潘綱說，“存儲墻”在大數(shù)據(jù)時代已讓計算機性能提升難于施展，如果要從事人工智能等高耗能計算，計算機還會撞上“功耗墻”。

在數(shù)據(jù)成為基礎性戰(zhàn)略資源，計算能力成為國家綜合實力重要量度的當下，計算機發(fā)展如何實現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新，成為今日各國科學界“兵家必爭之地”，借鑒人類大腦，尤其成為探索焦點。美國出資1億美金資助IBM和荷美爾（HRL）的研究團隊發(fā)展擬態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡計算；德國海德堡大學等高校積極布局類腦計算機……浙大團隊，正在努力追趕上來。

3. 類腦計算如何演化？

如果房間里有一只不請自來的小老鼠，那可是件令人頭疼的事。它可能來無影去無蹤，偷吃食物不說，還能精準繞過人們設下的陷阱。一臺和小鼠大腦神經(jīng)元運算規(guī)模一致的類腦計算機，“智力”能達到什么水平？

在浙大項目的實驗中，類腦計算機展示了多方面的能力，比方說指揮機器人完成“抗洪救災”模擬任務。在實驗現(xiàn)場，半月談記者看到三臺機器人在計算機調度下各司其職，1號機器人自帶攝像頭，在場地來回巡邏，一旦發(fā)現(xiàn)堤壩缺口，便呼叫負責工程維修的3號機器人前來修壩；發(fā)現(xiàn)倒在地上的人體模型后，就呼叫負責救援的2號機器人……

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類腦計算機演示

“這幾臺機器人分別受類腦計算機的不同‘腦區(qū)’操控，各自功能并不是固定的。1號機器人現(xiàn)在干巡邏的活，過一會也可以負責救援或者工程維修。”項目研究骨干、浙江大學副教授李瑩說。

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類腦計算機應用演示：意念打字

“意念打字”、腦電信號實時解碼、診斷空氣有害成分……“牙牙學語”的類腦計算機種種表現(xiàn)讓人眼前一亮。不過，潘綱也指出，目前類腦芯片采用的是簡化的神經(jīng)元模型，而真實大腦神經(jīng)元的行為和連接方式要復雜得太多。眼下，對科學家來說，大腦還是一個“黑盒子”，很多機理還是未解之謎，從理解腦世界到創(chuàng)造新算法，還有很長的路要走。