最大规模的脉冲神经网络类脑计算机问世

Posted 2021-04-26 未来科技实验室

9月1日，亿级神经元类脑计算机重大成果新闻发布会在杭州召开。浙江大学校长吴朝晖院士出席并讲话。他表示，人工智能浪潮正加快智能增强时代的到来，类脑计算机将成为未来计算的主要形态和重要平台，将在模拟脑功能、高效实现AI算法、提升计算能力等方面发挥重要的独特作用。面向未来，学科交叉会聚将成为解决重大问题的新方法，基于多学科、多领域的系统创新将成为研制类脑计算机的有效形式。希望今天浙江大学和之江实验室的创新一小步，可以成就人类美好生活的发展一大步。

之江实验室主任、浙江大学党委副书记朱世强表示，双方科研团队夜以继日，快速完成了研发设计，这一阶段性成果具有重大里程碑意义。未来，项目团队将基于我国自主产权类脑芯片，研制规模更大的神经元类脑计算机，同时研究支撑其运行与开发的类脑基础软件体系，并逐步实现开源与开放，为我国类脑计算新技术的发展贡献力量。

1.6米高的三个标准机柜并排而立，黑色的外壳给人酷酷的感觉，红色的信号灯不停地闪烁，靠得近些似乎能听到里面脉冲信号飞速奔跑的声音。

近日，浙江大学联合之江实验室共同研制成功了我国首台基于自主知识产权类脑芯片的类脑计算机（Darwin Mouse）。

这台类脑计算机包含792颗浙江大学研制的达尔文2代类脑芯片，支持1.2亿脉冲神经元、近千亿神经突触，与小鼠大脑神经元数量规模相当，典型运行功耗只需要350-500瓦，同时它也是目前国际上神经元规模最大的类脑计算机。

与此同时，团队还研制了专门面向类脑计算机的操作系统——达尔文类脑操作系统（DarwinOS），实现对类脑计算机硬件资源的有效管理与调度，支撑类脑计算机的运行与应用。

有了硬件，还得 要 有软件。

项目研究骨干金孝飞介绍，每颗芯片上有15万个神经元，每4颗芯片做成一块板子，若干块板子再连接起来成为一个模块。这台类脑计算机就是这样像搭积木一样搭起来。

说起来容易，可要让这么多神经元能够互联并且可拓展从而实现高效的联动组合，同时要把杂乱无章的信息流有序分配到对应的功能脑区，可不那么简单。

为此，科研人员专门研发了一个面向类脑计算机的类脑操作系统——DarwinOS。

这款达尔文类脑操作系统面向冯·诺依曼架构与神经拟态架构的混合计算架构，实现了对异构计算资源的统一调度和管理，为大规模脉冲神经网络计算任务提供运行和服务平台。项目研究骨干吕攀介绍说：“目前达尔文类脑操作系统的功能任务切换时间达微秒级，可支持亿级类脑硬件资源管理。”

由此，类脑计算机研究的价值真正得以实现——既可以应用于生活中的智能任务处理，也可以应用于神经科学研究，为神经科学家提供更快更大规模的仿真工具，提供探索大脑工作机理的新实验手段。

“ 这是类脑计算机通过模拟海马体记忆机制，实现对大脑内部记忆信息的存取，与我们常用的检索功能不同。 ”项目研究骨干唐华锦教授说，Darwin Mouse类脑计算机通过借鉴海马体网络结构以及神经机制建立记忆模型架构，可以模拟海马体的记忆-学习功能，通过记忆的脉冲编码，同一模型就可以学习与记忆语音、歌曲、文本等不同类型数据。

现在的类脑计算机是个“大块头”，科学家们表示，随着达尔文芯片及其他硬件的不断迭代升级，体积缩小将指日可待。未来类脑计算机或将植入手机、机器人，产生新的智能服务体验。

当前，类脑计算研究还处于初级阶段，Darwin Mouse类脑计算机，无论从规模还是智能化程度上都与真正的人类大脑还有很大的差距，但其意义在于能够为这种技术路径提供一个重要的实践样例，为研究人员提供一个工具和平台，验证类脑算法，以更强的鲁棒性、实时性和智能化去解决实际的任务。

浙江大学和之江实验室研究员的目标是，希望随着神经科学发展和类脑计算机的系统软件、工具链及算法的成熟，有朝一日能够让类脑计算机像冯·诺依曼架构计算机一样通用化，真正像大脑一样高效工作，与冯·诺依曼架构并存与互补去解决不同的问题。

一位业内人士表示，从加减乘除这样的数值计算方式，到模拟大脑的脉冲计算方式，这是一次重要的计算模式的变革。潘纲说：“我们希望能够像生物进化一样，不断地让达尔文系列类脑计算机朝着人类智能的方向发展，以超低功耗提供更强的人工智能。

基于脉冲神经网络的类脑计算机被誉为第三代神经网络，具有很多现有人工神经网络所不具有的性能。除了可以低功耗运行以为，还可能在在线学习、快速学习、小样本学习、无监督学习、认知计算等方面获得更好的性能，让我们一起期待脉冲神经网络和类脑计算获得更好更快的发展。东南大学FutureX实验室在脉冲神经网络和类脑计算方向也有较好的研究基础，欢迎立志在该领域有所成就的同学加入。

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