神经形态芯片.ppt

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1、2014最突破的产品神经形态芯片 科学家们的梦想将 活 的 生 物 体 和 机 器 融 为 一 体 “ 神 经 芯 片 ” 在 这 种 芯 片 上 ， 活 的 脑 细 胞 和 硅 电 路 可以 有 机 地 连 在 一 起 这 项 研 究 可 能 有 助 于 将 来 某 一 天 开 发 出 先 进 的 神 经 修 复 技 术 ， 用 于 治 疗 神 经失 调 或 开 发 通 过 活 的 神 经 细 胞 处 理 数 据 的 有 机 电 脑 。 为 研 制 出 这 样 的 神 经 芯 片 ， 研 究 人 员 在 1平 方 毫 米 大 小 的 硅 片 上 安 装 了 16000个 电 子 晶 体 管

2、和 数 百 个 电 容 器 ， 然 后 用 在 大 脑 中 发 现 的 一 种 特 别 的 蛋 白 质 将脑 细 胞 粘 到 芯 片 上 。 但 是 ， 这 种 蛋 白 质 的 作 用 并 不 只 是 作 为 一 种 简 单 的 粘 合剂 。 意 大 利 帕 多 瓦 大 学 的 研 究 组 成 员 斯 蒂 法 诺 瓦 萨 尼 利 说 ： “ 它 们 也 把 神经 细 胞 的 离 子 通 道 和 半 导 体 材 料 连 在 一 起 ， 这 样 神 经 细 胞 的 电 子 信 号 便 可 以传 送 到 硅 芯 片 上 。 ” 美 国 研 究 人 员 日 前 发 明 了 一 种 基 于 人 脑 构

3、造 设 计 的 全 新 芯 片 电 路 板“ Neurogrid” 。 据 悉 ， Neurogrid能 够 模 拟 人 脑 中 的 100万 个 神 经 元 和 数 十 亿个 突 触 连 接 ， 而 其 运 算 速 度 已 经 达 到 了 现 有 普 通 电 脑 的 9000倍 之 巨 。 然 而 ，同 人 类 大 脑 的 运 算 速 度 相 比 ， 即 便 是 Neurogrid也 依 旧 相 去 甚 远 。 据 悉 ， 这 个 所 谓 的 Neurogrid电 路 板 由 16块 特 制 的 “ 神 经 内 核 （ Neurocore） ”芯 片 组 成 ， 且 每 块 芯 片 上 都

4、有 超 过 65536个 “ 硅 神 经 元 ” ， 这 些 神 经 元 可 以 通过 80个 参 数 进 行 编 程 以 模 拟 出 不 同 类 型 的 神 经 元 。 而 且 ， 这 16块 芯 片 模 拟 出人 脑 1秒 钟 内 的 活 动 内 容 仅 需 1秒 时 间 。 神经芯片真来了！ IBM再 度 发 布 能 模 拟 人 类 大 脑 的 SyNAPSE芯 片 。 相 比 前 一 代 原 型 ， 拥 有 100万 个“ 神 经 元 ” 内 核 、 2.56亿 个 “ 突 触 ” 内 核 以 及 4096个 “ 神 经 突 触 ” 内 核 ， 而功 率 则 仅 有 70毫 瓦 。 据

5、 说 新 的 芯 片 已 有 了 很 大 的 拓 展 和 进 步 ， 达 到 量 产 要 求 在不久的将来，构造比传统芯片更像人脑的微处理器可能会使计算机对周遭事物的理解力变得敏锐的多。 和 一 头 哈 巴 狗 一 般 大 小 、 名 叫 “ 先 锋 ” 的 机 器 人 慢 慢 向 前 翻 滚 着 ， 逐 渐 靠 近地 毯 上 的 玩 具 “ 美 国 队 长 ” ， 它 们 对 峙 着 站 立 的 地 方 是 一 间 儿 童 卧 室 ， 无 线 芯 片制 造 商 高 通 (Qualcomm)在 一 辆 房 车 中 搭 建 了 这 个 空 间 。 “ 先 锋 ” 的 动 作 停 顿 了 下来 ，

6、 好 像 在 评 估 周 遭 环 境 ， 然 后 ， 它 用 自 己 身 前 像 雪 铲 一 样 的 工 具 把 美 国 队 长 揽入 怀 中 ， 转 个 身 ， 把 它 向 三 个 矮 矮 的 玩 具 箱 推 去 。 高 级 工 程 师 章 艾 乌 （ Ilwoo Chang） 抬 起 两 只 手 臂 ， 指 向 应 该 投 放 “ 美 国 队 长 ” 的 那 个 箱 子 。 “ 先 锋 ” 的 摄像 头 看 到 了 这 个 动 作 ， 乖 乖 地 照 做 了 。 然 后 它 又 翻 滚 着 折 返 ， 发 现 了 另 一 个 动 作片 人 物 “ 蜘 蛛 侠 ” 这 次 它 直 线 向 蜘

7、 蛛 侠 靠 拢 ， 完 全 无 视 附 近 摆 放 着 的 一 个 围 棋 盘 ，在 无 人 指 挥 的 情 况 下 ， 把 “ 蜘 蛛 侠 ” 运 送 到 同 一 个 箱 子 里 。 这 次 演 示 在 高 通 位 于圣 地 亚 哥 的 总 部 完 成 ， 看 起 来 没 什 么 大 不 了 的 。 不 过 ， 你 却 可 以 从 中 窥 见 计 算 的未 来 。 机 器 人 完 成 的 这 些 任 务 过 去 通 常 需 要 强 大 的 、 经 过 专 门 编 程 的 计 算 机 完 成 ，耗 费 的 电 力 也 多 得 多 。 而 “ 先 锋 ” 只 是 配 备 了 一 个 智 能 手

8、 机 芯 片 和 专 门 的 软 件 ，就 能 识 别 从 前 机 器 人 无 法 识 别 的 物 体 ， 根 据 它 们 与 相 关 物 体 的 相 似 程 度 来 做 分 类 ，再 把 它 们 传 送 到 房 间 中 正 确 的 位 置 。 若 希 望 机 器 学 习 软 件 发 挥 其 最 大 的 潜 力 ， 则 软 件 必 须 要 训 练 经 过 海 量 数 据 的测 试 ， 对 于 公 司 来 讲 这 无 疑 是 一 件 耗 时 费 力 的 事 情 。 不 过 今 年 的 突 破 性 技 术 神 经 形 态 芯 片 （ neuromorphic chip） ， 赋 予 计 算 机 认

9、 知 能 力 ， 可 以 探 测 和 预 测负 责 数 据 中 的 规 律 和 模 式 ， 大 大 释 放 了 机 器 学 习 软 件 的 工 作 效 率 。 人 脑 有 几 十 亿 神 经 元 、 几 千 亿 个 突 触 ， 可 以 同 步 处 理 视 觉 、 音 频 等 信 号 ， 神 经 形态 芯 片 在 芯 片 中 模 拟 人 脑 同 步 处 理 多 种 数 据 的 能 力 。 根 据 图 像 、 声 音 或 其 他 信 号的 变 化 ， 神 经 元 可 以 改 变 与 其 他 神 经 元 之 间 的 联 系 。 这 一 过 程 被 叫 做 学 习 。 这 些神 经 形 态 芯 片 模

10、 拟 的 是 人 脑 的 神 经 网 络 ， 可 以 实 现 人 脑 的 部 分 功 能 。 这 就 是 为 什么 高 通 的 机 器 人 在 不 知 道 蜘 蛛 侠 是 谁 之 前 就 能 将 其 放 到 准 确 的 位 置 。 新型芯片和传统芯片的比较 “我们正在模糊芯片和生物系统之间的隔阂。” 这 些 “ 神 经 形 态 ” 芯 片 （ 之 所 以 这 么 命 名 ， 是 因 为 他 们 模 拟 了 大 脑 ） 被 设 计成 处 理 传 感 器 数 据 （ 图 像 、 声 音 等 ） 以 及 根 据 未 编 程 的 数 据 变 化 做 出 反 应 。 这 些芯 片 实 现 了 人 工 智

11、 能 领 域 需 要 几 十 年 才 能 完 成 的 任 务 ， 让 机 器 可 以 像 人 一 样 理 解世 界 、 与 世 界 互 动 。 医 疗 传 感 器 和 设 备 可 以 追 踪 病 人 的 生 命 体 征 ， 根 据 时 间 采 取医 疗 对 策 ， 学 会 调 整 药 量 ， 甚 至 可 以 及 早 发 现 病 情 。 智 能 手 机 可 以 学 习 你 接 下 来将 要 输 入 的 文 字 ， 然 后 在 后 台 设 置 提 醒 。 Google 的 自 驾 驶 汽 车 或 许 不 再 需 要 驾驶 员 的 帮 助 ， 扫 地 机 器 人 永 远 都 不 会 卡 在 沙 发

12、下 面 。 神经形态芯片：让机器像人一样思考 新 型 芯 片 拥 有 神 经 网 络 ， 能 模 仿 人 类 的 大 脑 和 神 经 系 统 ， 使 终 端 拥 有 大 脑 模拟 计 算 驱 动 的 嵌 入 式 认 知 。 它 比 传 统 芯 片 更 节 能 ， 有 些 甚 至 能 自 动 编 程 ， 学 习 新技 能 。 应时代要求而生 今 天 的 计 算 机 使 用 了 所 谓 的 “ 冯 诺 依 曼 架 构 ” ， 即 数 据 在 处 理 器 和 内 存 之 间来 回 计 算 。 这 种 方 法 非 常 适 合 数 字 运 算 和 执 行 编 写 好 的 程 序 ， 但 是 不 适 合

13、处 理 图片 、 声 音 和 其 他 可 以 感 知 到 的 内 容 。 但 是 神 经 形 态 芯 片 却 可 以 完 成 这 些 无 法 完 成 的 事 情 ， 模 仿 人 类 大 脑 ， 让 机器 人 像 人 类 一 样 去 思 考 。 新型芯片的突破点 它 完 成 了 计 算 机 芯 片 的 另 一 种 设 计 方 法 ， 增 强 了 人 工 智 能 的 计 算 效 率 在 传 统 芯 片 已 经 接 近 理 论 性 能 极 限 的 今 天 ， 神 经 形 态 芯 片 的 出 现 具 有 划 时 代的 意 义 、 人 脑 有 几 十 亿 神 经 元 、 几 千 亿 个 突 触 ， 可

14、以 同 步 处 理 视 觉 、 音 频 等 信 号 ， 神 经 形态 芯 片 在 芯 片 中 模 拟 人 脑 同 步 处 理 多 种 数 据 的 能 力 。 根 据 图 像 、 声 音 或 其 他 信 号的 变 化 ， 神 经 元 可 以 改 变 与 其 他 神 经 元 之 间 的 联 系 。 这 一 过 程 被 叫 做 学 习 。 这 些神 经 形 态 芯 片 模 拟 的 是 人 脑 的 神 经 网 络 ， 可 以 实 现 人 脑 的 部 分 功 能 。 虽 然 在 产 品 正 式 发 布 之 前 研 发 公 司 不 愿 意 公 布 更 多 的 细 节 ， 但 是 神 经 形 态 研 究者

15、对 此 却 可 以 侃 侃 而 谈 。 根 据 IBM 实 验 室 的 研 究 院 Dharmendra Modha 的 描 述 ，这 种 芯 片 可 以 让 盲 人 通 过 视 觉 和 音 频 传 感 器 来 识 别 物 体 ， 提 供 音 频 提 示 ； 健 康 监测 系 统 可 以 检 测 生 命 体 征 ， 及 早 发 现 潜 在 的 风 险 ， 为 病 人 提 供 个 性 化 的 治 疗 手 段 ；计 算 机 可 以 根 据 风 向 、 潮 向 和 其 他 数 据 来 更 准 确 地 预 测 海 啸 。 HRL 实 验 室 的 首 席研 究 科 学 家 Narayan Srinivasa 计 划 在 夏 天 测 试 一 种 神 经 形 态 芯 片 ， 它 植 入 到鸟 类 设 备 的 体 中 ， 可 以 根 据 室 内 环 境 飞 行 。 这 一 芯 片 处 理 来 自 摄 像 机 和 其 他 传 感器 的 数 据 ， 能 记 住 飞 过 的 房 间 ， 学 会 导 航 ， 以 后 可 以 应 用 在 无 人 机 上 。 “人工智能绝对不能靠软件来实现，需要用芯片来完成。” 神 经 形 态 芯 片 的 问 世 ， 肯 定 会使 人 工 智 能 技 术 向 前 迈 进 一 大 步