近日，浙江大學聯(lián)合之江實驗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（Darwin Mouse）。

研究團隊在9月1日的成果發(fā)布會上指出，該類腦計算機在神經(jīng)元規(guī)模上超越了德國海德堡大學的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。

據(jù)悉，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，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，典型運行功耗只需要350-500瓦。

類腦計算機與傳統(tǒng)計算機的差別是什么？在哪些設計上借鑒了大腦？解決了什么痛點？能否在處理某些任務上超越傳統(tǒng)計算機？當前類腦計算發(fā)展到什么程度？何時能夠應用？……帶著這些疑問，澎湃新聞（www.school126.cn）記者9月2日專訪了浙江大學億級神經(jīng)元類腦計算機研究團隊負責人、浙江大學計算機科學與技術(shù)學院教授潘綱。

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

研究團隊將792顆達爾文2代類腦計算芯片集成在3臺1.6米高的標準服務器機箱中，形成了機架式類腦計算機Darwin Mouse。

他表示，Darwin Mouse類腦計算機是一個初步成果，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，研究團隊“做了一個初步的演示，主要是想告訴大家：類腦計算機在很多方面都有很大的潛力，可以往前做?！?/p>

研究團隊此次展現(xiàn)了類腦計算機可以完成人工智能中的很多任務，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確度、能不能直接打敗現(xiàn)在傳統(tǒng)的計算機呢？我覺得有些方面可能性還是比較大，但還需要更多努力?！?/p>

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

潘綱在采訪中對澎湃新聞（www.school126.cn）記者表示，未來，類腦計算機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年獲得浙江大學學士與博士學位，主要研究方向為人工智能、腦機接口、類腦計算、計算機視覺和普適計算等。

他擔任計算機輔助設計與圖形學國家重點實驗室副主任，計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡安全研究所副所長，中國人工智能學會常務理事和中國人工智能學會腦機融合與生物機器智能專委會主任委員。

澎湃新聞與潘綱對話實錄，整理為10個問答：

1.澎湃：什么是類腦計算機？類腦計算機在哪些設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)絡的結(jié)構(gòu)與運行機制，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雜神經(jīng)網(wǎng)絡的完整可用的計算系統(tǒng)則被稱作類腦計算機。

Darwin Mouse類腦計算機的“類腦”設計主要體現(xiàn)在兩方面：模仿大腦的信息傳遞方式——達爾文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；將大腦運算抽象為由神經(jīng)元連接組成的神經(jīng)網(wǎng)絡，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，相當于1-2個節(jié)能燈的功耗。自然界中，很多神經(jīng)元遠低于100萬的昆蟲就能做到實時目標跟蹤、路徑規(guī)劃、導航和障礙物躲避。

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，這些仿腦設計原則上都可以通過傳統(tǒng)計算機模擬實現(xiàn)。為什么需要專門研制一臺類腦計算機？

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

3.澎湃：除了底層芯片之外，類腦計算機與傳統(tǒng)計算機有什么差異？

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

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

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

4.澎湃：類腦計算機在哪些任務上已經(jīng)做到了超越普通計算機？

潘綱：我們在發(fā)布會中展現(xiàn)的任務并非表明都比傳統(tǒng)計算機完成得更好，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，類腦計算機也可以實現(xiàn)。

一定要說超過誰呢？我覺得可能現(xiàn)在火候還欠缺一點，在整體上很多地方都要欠缺一點，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做出突破。

目前來看，類腦計算機的內(nèi)在機制可以讓計算機的功耗降低，這對計算機而言非常重要。目前一些國際研究結(jié)論表明，類腦計算機的功耗至少比傳統(tǒng)計算機低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：類腦計算機的運算速度如何？

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

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

過幾年，更多類腦計算機出現(xiàn)后，應該會有一些相對來說比較公平的評測標準。

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？

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

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牽頭的，規(guī)模達到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，但我的理解是——我們現(xiàn)在這套類腦計算機與目前國際上最好的類腦計算機的規(guī)模是相當?shù)?。就?guī)模而言，從研究或者技術(shù)的角度看，（3臺計算機）其實沒有本質(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該會慢慢改善，后面還是有比較多的機會，未來可以超過他們。

典型的類腦計算機系統(tǒng)

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

潘綱：對。操作系統(tǒng)的主要任務是管理類腦計算機的硬件資源，而管理的目的是更加充分高效的利用。因為計算模式不一樣、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發(fā)展起來以后，編寫人工智能任務程序的時候，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與清華這個存算一體系統(tǒng)之間，在設計思路和原理上有什么異同？

潘綱：類腦芯片是類腦計算機的核心部件，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_爾文二代類腦芯片因為需要支持大規(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：團隊對達爾文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。

應該說，因為這項技術(shù)還是比較新的，真正應用可能還是有一定的距離，還是需要再打磨。或者說還是需要國內(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?，F(xiàn)在做其實也可以，但是可能比較辛苦。

10.澎湃：類腦計算還處于初步階段，如果要實現(xiàn)類腦計算機真正應用，或者說類腦芯片能夠量產(chǎn)、實現(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)合起來實現(xiàn)應用。需要依照芯片的仿腦方式，設計特別的算法。

我在新聞發(fā)布會上介紹，我們所展示的機器人有幾個核心功能，都初步地用類腦的方式實現(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，類腦計算機的硬件、軟件和算法這三個方面，單憑一個學?；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。