類腦計(jì)算是借鑒腦科學(xué)的基本原理,，面向人工的通用智能，基于神經(jīng)形態(tài)工程發(fā)展的新的計(jì)算技術(shù),。

為什么要發(fā)展這樣一個(gè)技術(shù),？現(xiàn)在人類生活在一個(gè)數(shù)碼宇宙，萬(wàn)事萬(wàn)物隨時(shí)隨地聯(lián)系起來(lái),，構(gòu)成一個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)的數(shù)碼宇宙,。這個(gè)宇宙成長(zhǎng)非常快,，信息每?jī)赡攴环?，整個(gè)宇宙迅速地膨脹,，而且從來(lái)不退步,，而這樣一個(gè)宇宙是基于我們現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)架構(gòu)，而計(jì)算機(jī)架構(gòu)又基于馮諾依曼架構(gòu),。

馮諾依曼架構(gòu)是我個(gè)人認(rèn)為人類發(fā)展史上最簡(jiǎn)潔,、漂亮、對(duì)我們影響最大的一個(gè)架構(gòu),，特點(diǎn)是計(jì)算和存儲(chǔ)分離,，計(jì)算、存儲(chǔ)通過總線來(lái)回調(diào)度,?？梢栽O(shè)想一下，來(lái)回的調(diào)度耗費(fèi)了很多的能量,、耽誤時(shí)間,、速度慢、造成了堵塞,，所以就有了帶寬的瓶頸,。

2017年圖靈獎(jiǎng)的得主John L。Hennessy 和 David A,。Patterson最近寫了一篇長(zhǎng)文,，得出的結(jié)論是：未來(lái)的10年是計(jì)算架構(gòu)發(fā)展的黃金10年。主要原因是,，過去我們是用計(jì)算機(jī)做計(jì)算,，而現(xiàn)在我們是用它處理信息，但數(shù)碼宇宙每?jī)赡攴环心芎臒o(wú)法承受,。

當(dāng)然,，還有其它原因，那就是我們現(xiàn)在生活在一個(gè)人工智能時(shí)代,，人工智能取得了非常大的成績(jī),，盡管AlphaGo戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍，但人工智能仍然有很多的瓶頸,，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)人工智能的發(fā)展必須滿足5個(gè)條件：

1,、充足的數(shù)據(jù)。2,、決定性的問題,。3、完備的知識(shí),。4,、靜態(tài)。5,、單一的系統(tǒng),。

舉個(gè)例子，如果讓智能機(jī)器人自主地走向一個(gè)目的地,，事先不進(jìn)行編程它是無(wú)法做到的,，我們?nèi)祟愑昧藥啄甑臅r(shí)間建立起這個(gè)概念：在哪里、怎么出去,、走門,、走窗戶，所有的這些都與通用智能有關(guān),，所以我們的結(jié)論是：要發(fā)展一個(gè)人工通用智能,。

要發(fā)展人工通用智能，我們必須向腦學(xué)習(xí),，因?yàn)槟X是整個(gè)宇宙目前唯一的一個(gè)通用智能體,。把人腦和電腦相比，雖然兩個(gè)系統(tǒng)原理不同,，但二者有很強(qiáng)的互補(bǔ)作用,。

所以，可以通過借鑒腦科學(xué)的基本原理,，來(lái)改造現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),。發(fā)展類腦計(jì)算是發(fā)展人工通用智能的一個(gè)非常重要的部分，因?yàn)檫@是計(jì)算的基石,。

發(fā)展人工通用智能并不是最近才有的想法,，如果我們翻閱圖靈、馮諾依曼這些大科學(xué)家早期的文章，不難發(fā)現(xiàn)這是科學(xué)家們一直以來(lái)的夢(mèng)想,。

為什么現(xiàn)在是發(fā)展人工通用智能最好的時(shí)候呢,？因?yàn)殡S著精密儀器的發(fā)展，人類對(duì)腦了解的越來(lái)越多,，現(xiàn)在似乎到了一個(gè)理解腦的關(guān)口,。超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展可以幫助科學(xué)家做非常棒的模擬仿真，省錢,、省力又省時(shí)間的大數(shù)據(jù)和云計(jì)算給科學(xué)家提供了一個(gè)像腦一樣復(fù)雜的系統(tǒng),，和腦交相呼應(yīng)，這樣我們就可以共同研究,、互相促進(jìn),。

另外，隨著納米器件的發(fā)展,，科學(xué)家可以去發(fā)展電子器件,，能耗能達(dá)到人類大腦神經(jīng)元和突觸這樣的水平，所以現(xiàn)在是發(fā)展人工通用智能最好的一個(gè)時(shí)機(jī),。

發(fā)展類腦計(jì)算去支撐人工通用智能,，在這里面腦起了非常大的作用，它到底起了一個(gè)什么作用,？

13年前,，有感于摩爾定律在二三十年后將要到頭,，所以我開啟了類腦計(jì)算的研究,，雖然我自認(rèn)為自己研究做的還不錯(cuò)，但在類腦計(jì)算方面,，我忽然感到自己不會(huì)做研究了,，因?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域沒有文獻(xiàn)，很多東西需要自己摸索,，所以感到非常的苦惱,。

有一次我去爬山，故意讓自己鉆進(jìn)森林,，不出意外,，我迷路了。后來(lái)我就根據(jù)太陽(yáng)來(lái)判斷方向,，盯著一個(gè)方向一直走,、一直走，一直走到高速公路上,，攔了一輛車,。還有一次，我在陰天進(jìn)入了森林，也迷路了,，我就想了一個(gè)辦法：一直往高處爬,，爬到最高的地方，盯住一個(gè)點(diǎn)一直走,、一直走,，最后又走到高速公路上，攔了一輛車回家了,。

通過這兩件事情,，我就開始思考，大腦在這里面起的是指南針的作用,，給我提供的是方向感,。

做科學(xué)研究，我喜歡選擇領(lǐng)域比較難的來(lái)做,，因?yàn)槲矣X得越難做的反而越容易,，因?yàn)樘菀椎念I(lǐng)域會(huì)有很多競(jìng)爭(zhēng)者，很難做到領(lǐng)先,。如果是比較難的領(lǐng)域,，做著做著可能旁邊就沒人做了，自己反而可以領(lǐng)先,，但有一個(gè)前提條件：方向必須是正確的,，如果你走到一條錯(cuò)路上，那就很尷尬,。

人類的智能是建立在碳基上的,，在硅基上我們已經(jīng)建造了現(xiàn)在的數(shù)碼宇宙，而碳基和硅基的結(jié)構(gòu)非常相近,，所以我們有一個(gè)信念,，碳基上能夠?qū)崿F(xiàn)的，在硅基上也一定能夠?qū)崿F(xiàn),。

學(xué)科分布：發(fā)展類腦計(jì)算和人工通用智能的挑戰(zhàn)

發(fā)展類腦計(jì)算和人工通用智能真正的挑既不是科學(xué),，也不是技術(shù)，而是我們的學(xué)科分布,，目前的學(xué)科分布使得我們沒有合適的人來(lái)做這方面的研究,，而且腦科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)一個(gè)主要是探索自然世界，后者更關(guān)注應(yīng)用,。這兩個(gè)領(lǐng)域有不同的文化,、語(yǔ)言，而且目標(biāo)也不一樣,，所以多學(xué)科融合尤為關(guān)鍵,。

清華大學(xué)類腦計(jì)算研究中心由7個(gè)院系組成,，因?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域不僅僅是計(jì)算機(jī)和腦科學(xué)的融合，還有數(shù)學(xué),、物理,、電子、微電子等的融合,。

我們7個(gè)院系的老師在一起反復(fù)討論,，每周半天的時(shí)間，最后我們7年只做了一件事情,，叫融合,、融合再融合。

在這個(gè)過程當(dāng)中,，我們梳理了一下如何去發(fā)展人工通用智能,，主要是有兩條路線：第一，計(jì)算機(jī)主導(dǎo)的,；第二,，腦科學(xué)主導(dǎo)的。計(jì)算機(jī)主導(dǎo)的像機(jī)器學(xué)習(xí),，它在圖象識(shí)別,、語(yǔ)音理解、自然語(yǔ)言的處理方面,，取得了輝煌的成績(jī),，但它很難去處理不確定性的問題等。

腦科學(xué)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算,，發(fā)展的也很快,，但由于我們不理解腦的機(jī)制原理，極大地阻礙了它的發(fā)展,，但是兩條技術(shù)路線實(shí)際上互補(bǔ),，二者結(jié)合起來(lái)是目前我們認(rèn)為最好的一種方法。

發(fā)展類腦科學(xué)實(shí)際上還有兩條：1,、基于計(jì)算機(jī)，用腦科學(xué)的基本原理來(lái)改變計(jì)算架構(gòu),；2,、我們用一個(gè)“類腦”這樣簡(jiǎn)單又明了的詞涵蓋了這兩個(gè)部分。

不理解人腦原理,，如何能造出類腦計(jì)算系統(tǒng),？

這個(gè)研究實(shí)際上你要研究理論、芯片,、軟件,、系統(tǒng),、云腦到應(yīng)用。但是,，大家總是問一個(gè)問題：不理解人腦,，憑什么能造出類腦計(jì)算系統(tǒng)？

我們思考了很久,，后來(lái)我們得到了答案,。答案是這樣的：計(jì)算機(jī)是把多維空間的信息轉(zhuǎn)換成為0、1這樣的一維信息流,，用計(jì)算來(lái)解決問題,。CPU的主頻越來(lái)越快，換句話說(shuō)你用的是時(shí)間復(fù)雜度,，問題是當(dāng)你縮小維度的時(shí)候,，相關(guān)性卻丟失了，這就是人很容易確定一個(gè)物體是在真實(shí)空間里還是在鏡子里,，但對(duì)于計(jì)算機(jī)則很難,，這就是根本原因。

對(duì)于大腦,，我們不知道它的基本原理,，但是我們知道，一個(gè)神經(jīng)元連接一千到一萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元,，換句話說(shuō)我們?cè)谶@個(gè)地方把信息擴(kuò)輸了,，把相關(guān)性增強(qiáng)了，我們用的是空間復(fù)雜度,。另外,，大腦還用脈沖來(lái)進(jìn)行編碼，引進(jìn)了時(shí)間的因素,，我們還利用了時(shí)空復(fù)雜度,，所以想保持現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)所有的優(yōu)點(diǎn)，保持時(shí)間復(fù)雜度,，來(lái)增加一塊類腦芯片,。

增加的是什么呢？增加的是空間復(fù)雜度,、時(shí)空復(fù)雜度,。如果我們以這種觀點(diǎn)來(lái)看現(xiàn)在的技術(shù)，你就發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的人工,、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加速器,，是面向深度人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它利用的就是空間復(fù)雜度,，而像腦一樣工作的,，神經(jīng)形態(tài)計(jì)算,，面向的是脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它利用的是時(shí)空復(fù)雜度,，一個(gè)空間復(fù)雜度,，一個(gè)時(shí)空復(fù)雜度，何不把它結(jié)合起來(lái)呢,？

所以,，我們提出了天機(jī)芯片架構(gòu)，用了3％的代價(jià),，實(shí)現(xiàn)了既支持人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),，又支持像腦一樣工作的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而且還支持兩個(gè)異構(gòu)建模,。我們還利用類腦芯片,，構(gòu)建了一個(gè)人工通用智能的研究平臺(tái)。

我們的想法是這樣,，構(gòu)建一個(gè)可以和系統(tǒng)互動(dòng)的多模態(tài)交叉研究平臺(tái),，我們利用環(huán)境變化逼迫這個(gè)系統(tǒng)變化，當(dāng)它變化的時(shí)候,，我們觀察應(yīng)用這種變化,，系統(tǒng)應(yīng)該遵循的基本原理，從而幫助我們迭代發(fā)展,，利用一塊天機(jī)芯片,，我們就實(shí)現(xiàn)了感知、追蹤,、過障,、避障、自動(dòng)控制,、語(yǔ)音理解,、自主決策。

芯片很重要,，軟件也很重要,，因?yàn)槿绻麤]有軟件，應(yīng)用工程師不愿意做應(yīng)用軟件開發(fā),。所以我們自己開發(fā)了一個(gè)軟件工具鏈,，在我們實(shí)驗(yàn)室，實(shí)際上現(xiàn)在已經(jīng)搭起了第一代的類腦計(jì)算機(jī),。

我們現(xiàn)在做的是一個(gè)類腦云腦。它和現(xiàn)在的云計(jì)算的差別是：云計(jì)算是把很多技術(shù)整合起來(lái),，而類腦云腦是面向人工通用智能的,，因?yàn)槿斯ねㄓ弥悄艿难芯繌幕旧蟻?lái)講,，不同于把很多人工智能簡(jiǎn)單的疊加在一起，我們的想法是把腦的彈性和計(jì)算機(jī)的剛性結(jié)合起來(lái),，把數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)結(jié)合起來(lái),，把通用知識(shí)和推理結(jié)合起來(lái)。

當(dāng)然,，這是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的長(zhǎng)期研究,，我們的策略是循序漸進(jìn)，可以設(shè)想一下,，我們先專注在一個(gè)一個(gè)問題的研究上,，這個(gè)可以稱為是第一代，然后兩個(gè)問題一起研究,，這個(gè)可以稱為第二代,，然后第三代、第四代,，最后是第五代,，從而讓我們構(gòu)建人工通用智能。

人工通用智能：賦能各行各業(yè)

我們發(fā)展類腦計(jì)算,，支撐人工通用智能,，因?yàn)樗峭ㄓ弥悄埽运梢再x能各行各業(yè),，可以有很多的應(yīng)用,。

我們對(duì)智能教育特別感興趣，目前教育的很多問題都可以通過這個(gè)的研究來(lái)解決,。比如說(shuō)高質(zhì)量的教育資源很稀少,，造成了教育不公，由于經(jīng)費(fèi)有限,、儀器有限,，我們很難做到真正的理論聯(lián)系實(shí)際等。

隨著類腦計(jì)算,、人工通用智能的發(fā)展,，這些都會(huì)逐漸的解決，然后發(fā)展新的系統(tǒng),。但是還有一個(gè)非常重要的因素,，因?yàn)榻逃钪饕氖撬茉烊恕?/p>

自工業(yè)革命以來(lái)，人類發(fā)展了蒸汽機(jī),、發(fā)電機(jī),、計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù),，還有現(xiàn)在的萬(wàn)物互聯(lián),，人類一直在改變外部的世界,，一直在改變我們的物質(zhì)生活。當(dāng)我們的物質(zhì)生活發(fā)展的已經(jīng)很快時(shí),，我們的精神生活實(shí)際上沒有同步發(fā)展,，我們現(xiàn)在在智能時(shí)代發(fā)展類腦計(jì)算，從而有機(jī)會(huì)向內(nèi)發(fā)展,，審視我們的內(nèi)心,。

衷心地希望人類在發(fā)展我們的技術(shù)、探索外界世界的同時(shí),，能夠也研究一下我們的內(nèi)在世界,，內(nèi)外兼修、共同發(fā)展,，從而建設(shè)一個(gè)美好,、和諧的世界！

作者： 施路平