芯東西9月2日消息，我國類腦計算技術發(fā)展迎來新里程碑：億級神經(jīng)元類腦計算機重大成果于9月1日在杭州正式發(fā)布。

　　3臺1.6米高的標準服務器機柜并排而立,，紅色的信號燈連續(xù)閃爍，這臺名為Darwin Mouse的類腦計算機,，由浙江大學聯(lián)合之江實驗室共同研制成功,。

　　▲Darwin Mouse類腦計算機

　　這是我國第一臺基于自主知識產(chǎn)權類腦芯片的類腦計算機，也是目前國際上神經(jīng)元規(guī)模最大的類腦計算機,。

　　據(jù)悉,，Darwin Mouse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,，神經(jīng)元數(shù)量規(guī)模與小鼠大腦相當,，典型運行功耗只需要350-500瓦。

　　類腦計算機通過模擬人腦結構與運算機制,，突破傳統(tǒng)計算架構存在的瓶頸,，被視作解決人工智能（AI）等計算難題的重要路徑之一。

　　▲研究團隊合影

　　該億級神經(jīng)元類腦計算機是浙江大學“雙腦計劃”的重要成果,。

　　近年來,，浙江大學聚焦人類智能與機器智能等核心領域，實施了簡稱為“雙腦計劃”的腦科學與人工智能會聚研究計劃,，希望借鑒大腦結構模型和功能機制,，將腦科學的前沿成果應用到人工智能等研究領域，建立引領未來的新型計算機體系架構,。

　　除打造類腦計算機外,，該研究團隊還研制了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），實現(xiàn)對類腦計算機硬件資源的有效管理與調(diào)度,，支撐類腦計算機的運行與應用。

　　目前,，該類腦計算機已運行多種智能任務,，包括多機器人協(xié)同抗洪搶險、聽歌識曲,、意念打字等,。

　　01

　　模擬生物大腦，顛覆傳統(tǒng)計算架構

　　現(xiàn)有計算機大多基于馮·諾依曼架構,，數(shù)據(jù)存儲與計算分離,，但隨著摩爾定律趨緩，這一傳統(tǒng)架構的局限性越來越明顯,。

　　數(shù)據(jù)在存儲與計算單元間傳輸所帶來的通信帶寬,、延遲和功耗，已成為影響當代計算機系統(tǒng)性能提高的關鍵阻礙,。

　　在研究團隊負責人,、浙江大學計算機科學與技術學院教授潘綱看來，這種計算模式制約了以大數(shù)據(jù)為代表的計算性能提升,。

　　潘綱認為,，數(shù)據(jù)驅動的智能算法、訓練需要海量樣本與密集計算,，但舉一反三,、自我學習等高級能力比較差，“現(xiàn)在的機器智能離人的智能差得還很遠,?！?/p>

　　如何突破傳統(tǒng)計算架構存在的存儲墻,、功耗墻等瓶頸？

　　模擬生物大腦被科學家們視為有效之徑,。

　　杜克大學認知神經(jīng)科學中心的斯科特·胡特爾曾說過：“在已知的宇宙中,，人類的大腦是最復雜的東西，它復雜得讓試圖解釋它的簡單模型可笑,，讓精致的模型無用,。”

　　在自然界中,，生物大腦在與環(huán)境相互作用過程中,，能自然產(chǎn)生覓食、交流,、決策,、嗅覺識別、視覺識別等各種智能行為,，同時消耗的能量非常低,。

　　即便是大腦神經(jīng)元遠低于100萬的昆蟲，也能做出滿足生存需求的各種智能行為,。

　　而用硬件及軟件模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡結構和運作機制的新型計算模式,，被稱為類腦計算。

　　▲類腦計算機應用演示：嗅覺識別

　　類腦計算的特點在于存算一體,、事件驅動,、高度并行等，模擬生物的神經(jīng)元行為,，通過脈沖傳遞信號,，能實現(xiàn)高度并行，相較傳統(tǒng)計算機效率更高,、能耗更低,。

　　此前，浙江大學在2015年和2019年分別研制成功達爾文1代和達爾文2代類腦計算芯片,，用芯片去模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡的結構與功能機制,，能以高效能低功耗處理圖像、視頻,、自然語言相關任務,。

　　此次發(fā)布的重大成果，即是將792顆達爾文2代類腦計算芯片集成于3臺1.6米高的標準服務器機箱中,，形成一臺強大的機架式類腦計算機,。

　　02

　　搭配類腦操作系統(tǒng)，已實現(xiàn)多機器人協(xié)同,、聽歌識曲和意念打字

　　據(jù)項目研究骨干金孝飛介紹,，每顆芯片上有15萬個神經(jīng)元,，每4顆芯片做成一塊板子，若干塊板子再連接起來成為一個模塊,。

　　▲Darwin Mouse類腦計算機

　　說起來輕巧,，但要讓這么多神經(jīng)元能夠實現(xiàn)高效的聯(lián)動組合和信息流分配，還需要軟件的助力,。

　　為此,，研究團隊還研發(fā)了一個專門面向類腦計算機的類腦操作系統(tǒng)——達爾文類腦操作系統(tǒng)（DarwinOS）。

　　該操作系統(tǒng)面向馮·諾依曼架構與神經(jīng)擬態(tài)架構的混合計算架構,，實現(xiàn)了對異構計算資源的統(tǒng)一調(diào)度和管理,，為大規(guī)模脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡計算任務提供運行和服務平臺。

　　金孝飛說：“目前達爾文類腦操作系統(tǒng)的功能任務切換時間達微秒級,，可支持億級類腦硬件資源管理,。”

　　在此基礎上,，類腦計算機既能應用于生活中的智能任務,，也能用于神經(jīng)科學研究。

　　目前,，浙江大學與之江實驗室的科研人員基于Darwin Mouse類腦計算機已經(jīng)實現(xiàn)多種智能任務,。

　　比如，以類腦計算機為智能中樞,，實現(xiàn)抗洪搶險場景下多個機器人的協(xié)同工作。該任務涉及到語音識別,、目標檢測,、路徑規(guī)劃等多項智能任務的同時處理，以及機器人間的協(xié)同,。

　　▲類腦計算機應用演示：多機器人協(xié)同抗洪搶險

　　3臺外形相似的機器人,，分別承擔巡邏、搶險,、營救任務,，在經(jīng)過簡單訓練后，合作展開抗洪救險任務,。

　　1號機器人巡邏發(fā)現(xiàn)堤壩缺口后,，會呼叫3號機器人來修壩，同時搜尋受傷人員,，當發(fā)現(xiàn)傷員,，會呼叫2號機器人來救援，然后1號再到其他地方繼續(xù)巡邏,。

　　這些機器人的功能并非固定的,，而是可以通過不同腦區(qū)來操控,，給1、2,、3號機器人指配各種不同的任務,。

　　另一個實驗是是“聽歌識曲”，課題組成員唱一首歌的其中兩句,，然后計算機通過回想將后續(xù)的歌曲內(nèi)容“唱”出來,。

　　據(jù)項目研究骨干唐華錦教授介紹，這是類腦計算機通過模擬海馬體記憶機制,，實現(xiàn)對大腦內(nèi)部記憶信息的存取,，與我們常用的檢索功能不同。

　　Darwin Mouse類腦計算機通過借鑒海馬體網(wǎng)絡結構以及神經(jīng)機制建立記憶模型架構,，可以模擬海馬體的記憶-學習功能,，通過記憶的脈沖編碼，同一模型就可以學習與記憶語音,、歌曲,、文本等不同類型數(shù)據(jù)。

　　借助類腦計算機,，研究人員還實現(xiàn)了腦電信號的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位實時解碼,，可“意念”打字輸入。

　　03

　　結語：類腦計算將成為未來計算的重要平臺

　　當前,，類腦計算研究仍處于初級階段,，與真正的人類大腦還相差甚遠。

　　浙江大學和之江實驗室研究員的目標是,，希望隨著神經(jīng)科學發(fā)展和類腦計算機的系統(tǒng)軟件,、工具鏈及算法的成熟，有朝一日能夠讓類腦計算機像馮·諾依曼架構計算機一樣通用化,，真正像大腦一樣高效工作,，與馮·諾依曼架構并存與互補，去解決不同的問題,。

　　之江實驗室朱世強透露,，研究團隊下一步將繼續(xù)研發(fā)支撐更大神經(jīng)元規(guī)模的類腦計算機軟硬件技術體系，并逐步實現(xiàn)開源開放,。

　　浙江大學校長吳朝暉院士表示,，類腦計算機將成為未來計算的主要形態(tài)和重要平臺，將在模擬腦功能,、高效實現(xiàn)AI算法,、提升計算能力等方面發(fā)揮重要的獨特作用。

　　面向未來,，學科交叉會聚將成為解決重大問題的新方法,，基于多學科,、多領域的系統(tǒng)創(chuàng)新將成為研制類腦計算機的有效形式。