近日，浙江大學(xué)聯(lián)合之江實(shí)驗(yàn)室共同研制成功了中國首臺基于自主知識產(chǎn)權(quán)類腦芯片的類腦計算機(jī)（Darwin Mouse）。

研究團(tuán)隊在9月1日的成果發(fā)布會上指出，該類腦計算機(jī)在神經(jīng)元規(guī)模上超越了德國海德堡大學(xué)的BrainScaleS、IBM的Blue Raven和英特爾公司的Pohiki Springs三大類腦計算系統(tǒng)，是目前國際上神經(jīng)元規(guī)模最大的類腦計算機(jī)。

據(jù)悉，這臺類腦計算機(jī)包含792顆浙江大學(xué)研制的達(dá)爾文2代類腦芯片，支持1.2億脈沖神經(jīng)元、近千億神經(jīng)突觸，與小鼠大腦神經(jīng)元數(shù)量規(guī)模相當(dāng)，典型運(yùn)行功耗只需要350-500瓦。

類腦計算機(jī)與傳統(tǒng)計算機(jī)的差別是什么？在哪些設(shè)計上借鑒了大腦？解決了什么痛點(diǎn)？能否在處理某些任務(wù)上超越傳統(tǒng)計算機(jī)？當(dāng)前類腦計算發(fā)展到什么程度？何時能夠應(yīng)用？……帶著這些疑問，澎湃新聞（m.nxos.com.cn）記者9月2日專訪了浙江大學(xué)億級神經(jīng)元類腦計算機(jī)研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、浙江大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授潘綱。

潘綱在采訪中介紹，類腦計算機(jī)與傳統(tǒng)計算機(jī)差別非常大，傳統(tǒng)計算機(jī)的算法和軟件無法在類腦計算機(jī)上運(yùn)行。類腦計算機(jī)主要用于處理其擅長的人工智能任務(wù)，并不會替代馮·諾依曼架構(gòu)的傳統(tǒng)計算機(jī)。兩者互補(bǔ)與融合會是未來的可能趨勢。

研究團(tuán)隊將792顆達(dá)爾文2代類腦計算芯片集成在3臺1.6米高的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)箱中，形成了機(jī)架式類腦計算機(jī)Darwin Mouse。

他表示，Darwin Mouse類腦計算機(jī)是一個初步成果，硬件的類腦抽象模擬還較為簡單，后續(xù)需要繼續(xù)迭代。當(dāng)前，國際上類腦計算發(fā)展還處在初級階段，未來走向成熟需要硬件、軟件和算法三方面進(jìn)步。

談及社會各界對此次成果發(fā)布會的關(guān)注，他表示，研究團(tuán)隊“做了一個初步的演示，主要是想告訴大家：類腦計算機(jī)在很多方面都有很大的潛力，可以往前做?！?/p>

研究團(tuán)隊此次展現(xiàn)了類腦計算機(jī)可以完成人工智能中的很多任務(wù)，例如語音識別、圖像識別等?！暗唧w做到什么樣的精度或者準(zhǔn)確度、能不能直接打敗現(xiàn)在傳統(tǒng)的計算機(jī)呢？我覺得有些方面可能性還是比較大，但還需要更多努力?！?/p>

當(dāng)天發(fā)布會上，研究團(tuán)隊進(jìn)行了類腦計算機(jī)的應(yīng)用演示。在類腦計算機(jī)的控制下，3臺機(jī)器人接收到語音指令后，分別擔(dān)任巡邏、救援、工程檢修“特種兵”，模擬合作開展抗洪救險任務(wù)。在另一個實(shí)驗(yàn)場景中，課題組成員給計算機(jī)演唱一首歌其中的兩句，然后，計算機(jī)通過回想把后續(xù)的歌曲內(nèi)容“唱”出來。

潘綱在采訪中對澎湃新聞（m.nxos.com.cn）記者表示，未來，類腦計算機(jī)有望在人工智能等領(lǐng)域做出突破，也可能加速神經(jīng)系統(tǒng)模擬相關(guān)領(lǐng)域的科研工作。

潘綱教授分別于1998年、2004年獲得浙江大學(xué)學(xué)士與博士學(xué)位，主要研究方向?yàn)槿斯ぶ悄?、腦機(jī)接口、類腦計算、計算機(jī)視覺和普適計算等。

他擔(dān)任計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)安全研究所副所長，中國人工智能學(xué)會常務(wù)理事和中國人工智能學(xué)會腦機(jī)融合與生物機(jī)器智能專委會主任委員。

澎湃新聞與潘綱對話實(shí)錄，整理為10個問答：

1.澎湃：什么是類腦計算機(jī)？類腦計算機(jī)在哪些設(shè)計和功能上借鑒了大腦？

潘綱：用硬件及軟件模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)制，構(gòu)造一種全新的智能系統(tǒng)，這種顛覆傳統(tǒng)計算架構(gòu)的新型計算模式，通常稱為類腦計算。而硬件或者芯片上模擬復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完整可用的計算系統(tǒng)則被稱作類腦計算機(jī)。

Darwin Mouse類腦計算機(jī)的“類腦”設(shè)計主要體現(xiàn)在兩方面：模仿大腦的信息傳遞方式——達(dá)爾文2代類腦芯片通過脈沖傳遞信號，類似于生物的神經(jīng)元行為；將大腦運(yùn)算抽象為由神經(jīng)元連接組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用芯片直接模仿單個神經(jīng)元的計算模型。

Darwin Mouse是在神經(jīng)元尺度上模仿大腦。這種設(shè)計在功耗層面有巨大的潛力。例如，人腦的典型功耗大概是20瓦左右，相當(dāng)于1-2個節(jié)能燈的功耗。自然界中，很多神經(jīng)元遠(yuǎn)低于100萬的昆蟲就能做到實(shí)時目標(biāo)跟蹤、路徑規(guī)劃、導(dǎo)航和障礙物躲避。

2.澎湃：無論是單個的神經(jīng)元模型或是通過脈沖傳遞信號，這些仿腦設(shè)計原則上都可以通過傳統(tǒng)計算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)。為什么需要專門研制一臺類腦計算機(jī)？

潘綱：傳統(tǒng)CPU的核心是數(shù)值運(yùn)算和邏輯，用傳統(tǒng)計算機(jī)模擬億級脈沖式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時，會出現(xiàn)運(yùn)行速度慢、計算能量高等效率問題，其效率與類腦計算機(jī)相比是多個量級上的差別。

3.澎湃：除了底層芯片之外，類腦計算機(jī)與傳統(tǒng)計算機(jī)有什么差異？

潘綱：類腦計算機(jī)與傳統(tǒng)計算機(jī)差別非常大，傳統(tǒng)計算機(jī)的算法和軟件在類腦計算機(jī)上不能運(yùn)行。另外，普通計算機(jī)能做的事情，類腦計算機(jī)不是都能做的。比如簡單的質(zhì)數(shù)分解，其實(shí)現(xiàn)在的類腦計算機(jī)上是沒有現(xiàn)成的算法可以實(shí)現(xiàn)。

類腦計算機(jī)能做的是一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以做的事情。這個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不是人工智能經(jīng)常討論的已經(jīng)非常簡化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而是有更加生物逼真度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

類腦計算機(jī)主要將用于處理其擅長的人工智能任務(wù)，并不會完全替代馮·諾依曼架構(gòu)的傳統(tǒng)計算機(jī)。兩者互補(bǔ)與融合會是未來的可能趨勢。

4.澎湃：類腦計算機(jī)在哪些任務(wù)上已經(jīng)做到了超越普通計算機(jī)？

潘綱：我們在發(fā)布會中展現(xiàn)的任務(wù)并非表明都比傳統(tǒng)計算機(jī)完成得更好，只是從仿腦的技術(shù)路線去做，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的一些任務(wù)，類腦計算機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)。

一定要說超過誰呢？我覺得可能現(xiàn)在火候還欠缺一點(diǎn)，在整體上很多地方都要欠缺一點(diǎn)，例如算法或者軟件。

但這樣一套新的技術(shù)體系是有非常大的潛力，可以突破目前人工智能再往前發(fā)展的“下一個坎”。有望通過類腦計算的方式為人工智能乃至其他計算任務(wù)做出突破。

目前來看，類腦計算機(jī)的內(nèi)在機(jī)制可以讓計算機(jī)的功耗降低，這對計算機(jī)而言非常重要。目前一些國際研究結(jié)論表明，類腦計算機(jī)的功耗至少比傳統(tǒng)計算機(jī)低1~2個量級。

此外，凡是與神經(jīng)系統(tǒng)模擬相關(guān)的領(lǐng)域，我們都可以考慮用類腦計算機(jī)為其制作新的工具，幫助加速研究或是技術(shù)開發(fā)。

5.澎湃：類腦計算機(jī)的運(yùn)算速度如何？

潘綱：類腦計算機(jī)的運(yùn)算速度很難與現(xiàn)有的計算機(jī)比較。例如用于檢測CPU或超算的指標(biāo)，很多都不是類腦計算機(jī)所擅長的。我們內(nèi)部會參考突觸操作速度和時延等指標(biāo)。

目前超算的評測研究相對比較成熟，有公認(rèn)的指標(biāo)可以比較，讓計算機(jī)運(yùn)行多種不同類型的計算任務(wù)，比如線性方程組求解，看誰的速度快。但類腦計算機(jī)目前還沒有現(xiàn)成的評測標(biāo)準(zhǔn)。

過幾年，更多類腦計算機(jī)出現(xiàn)后，應(yīng)該會有一些相對來說比較公平的評測標(biāo)準(zhǔn)。

6.澎湃：“全球神經(jīng)元規(guī)模最大”意味著什么？有哪些同類計算機(jī)？

潘綱：我給類腦計算機(jī)做一個簡單的界限：我們把它看做是一定要在硬件或者芯片上模擬復(fù)雜神經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的。如果是在傳統(tǒng)計算機(jī)上的純軟件模擬，就不叫類腦計算機(jī)。

這樣的界限下面，目前國際上有三個典型的類腦計算系統(tǒng)：一是德國海德堡大學(xué)牽頭的，規(guī)模達(dá)到400萬神經(jīng)元；第二個是IBM，規(guī)模是6400萬神經(jīng)元；第三是英特爾，1億神經(jīng)元。

媒體以“全球最大”作為宣傳亮點(diǎn)，但我的理解是——我們現(xiàn)在這套類腦計算機(jī)與目前國際上最好的類腦計算機(jī)的規(guī)模是相當(dāng)?shù)?。就?guī)模而言，從研究或者技術(shù)的角度看，（3臺計算機(jī)）其實(shí)沒有本質(zhì)差別。

總體上現(xiàn)在國內(nèi)類腦計算的發(fā)展還是慢的，特別與美國和歐洲相比。但是這幾年大家比較重視，國家的投入也多了。我覺得接下去幾年應(yīng)該會慢慢改善，后面還是有比較多的機(jī)會，未來可以超過他們。

典型的類腦計算機(jī)系統(tǒng)

7.澎湃：為什么需要研制專門面向類腦計算機(jī)的操作系統(tǒng)——達(dá)爾文類腦操作系統(tǒng)（DarwinOS）？傳統(tǒng)計算機(jī)的操作系統(tǒng)不能使用？

潘綱：對。操作系統(tǒng)的主要任務(wù)是管理類腦計算機(jī)的硬件資源，而管理的目的是更加充分高效的利用。因?yàn)橛嬎隳Ｊ讲灰粯?、硬件不一樣，現(xiàn)有的操作系統(tǒng)無法移植過來使用，所以需要自己的操作系統(tǒng)。

我們希望如果未來類腦計算機(jī)發(fā)展起來以后，編寫人工智能任務(wù)程序的時候，只需要針對操作系統(tǒng)寫，而不是針對芯片。

8.澎湃：今年年初，清華大學(xué)微電子所研發(fā)了全球首款多陣列憶阻器存算一體系統(tǒng)，成果在《自然》在線發(fā)表。請問浙大的類腦計算機(jī)與清華這個存算一體系統(tǒng)之間，在設(shè)計思路和原理上有什么異同？

潘綱：類腦芯片是類腦計算機(jī)的核心部件，類腦芯片本身有不同的技術(shù)路線，憶阻器是其中一條路線。憶阻器是一種新型器件，可以用來“搭建”類腦芯片，就好像是芯片中的一種基本磚塊，它有些特別好的性能，例如有“記憶”功能；但是憶阻器目前的工藝還不夠成熟，暫時還無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，但未來很可能是類腦芯片必備的器件

我們?nèi)ツ暄兄频倪_(dá)爾文二代類腦芯片因?yàn)樾枰С执笠?guī)模神經(jīng)元，沒有用憶阻器技術(shù)做，是用一種更加成熟的技術(shù)，與英特爾和IBM的技術(shù)方案比較接近。

9.澎湃：團(tuán)隊對達(dá)爾文2代類腦芯片有產(chǎn)業(yè)化的計劃嗎？

潘綱：我們暫時還沒有，希望在某些關(guān)鍵技術(shù)上再繼續(xù)做一些突破。有很多種原因。雖然現(xiàn)在媒體都很關(guān)注，但我們還是有比較清醒的頭腦，知道類腦計算技術(shù)并不是說幾個詞語出來就能馬上用起來，還是需要一些技術(shù)的沉淀和積累。

應(yīng)該說，因?yàn)檫@項技術(shù)還是比較新的，真正應(yīng)用可能還是有一定的距離，還是需要再打磨?；蛘哒f還是需要國內(nèi)外同行們一起努力，再堅持做幾年。那樣我覺得可能會出現(xiàn)更加成熟的條件，再往下做。現(xiàn)在做其實(shí)也可以，但是可能比較辛苦。

10.澎湃：類腦計算還處于初步階段，如果要實(shí)現(xiàn)類腦計算機(jī)真正應(yīng)用，或者說類腦芯片能夠量產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)其功能，這中間需哪些方面的努力？

潘綱：還需要很多工作。芯片上肯定還得改，使其集成度與效率更高。例如IBM單個類腦芯片才集成100萬個神經(jīng)元，實(shí)際上能夠做的事情不多，所以規(guī)模上肯定還要提升。

第二方面，算法很重要，最后需要與算法結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。需要依照芯片的仿腦方式，設(shè)計特別的算法。

我在新聞發(fā)布會上介紹，我們所展示的機(jī)器人有幾個核心功能，都初步地用類腦的方式實(shí)現(xiàn)了。但客觀的說，現(xiàn)在這些核心的功能例如路徑規(guī)劃、圖像識別和語音識別等，如果真正去商用，還需要在性能上做出比較大的提高。所以算法是未來非常重要的一方面。

第三方面，類腦計算機(jī)的硬件、軟件和算法這三個方面，單憑一個學(xué)?；蛘咭粋€單位是做不好的，需要更多有志于類腦計算的同行們加入。