科學(xué)家開(kāi)發(fā)出模擬人腦的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)硅圓片

歐盟為人腦研究項(xiàng)目(Human Brain Project)準(zhǔn)備投入12億歐元。相應(yīng)地人們對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的期待也很高。6月20號(hào)結(jié)束的萊比錫世界超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)上，人腦研究項(xiàng)目協(xié)調(diào)人之一，德國(guó)海德堡大學(xué)教授卡爾海因茨?麥耶(Karlheinz Meier)介紹了德國(guó)科學(xué)家取得的研究進(jìn)展。
    目前在德國(guó)于利希和世界其他地方的超級(jí)計(jì)算機(jī)都需要兆瓦級(jí)(數(shù)千千瓦)的電功率，每小時(shí)耗電數(shù)千度。而我們?nèi)四X只需二、三十瓦。這就清楚表明，人腦運(yùn)行從根本上就與電腦不同。人腦研究項(xiàng)目要搞清楚，為什么人腦處理信息的能效如此高。為此必須對(duì)人腦如何工作進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。這樣的仿真第一步是在常規(guī)的超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。這些計(jì)算機(jī)一方面需要專門(mén)的軟件，另一方面硬件也必須根據(jù)人腦仿真的需要逐步進(jìn)行改造。為了得到這樣一類基于神經(jīng)元的計(jì)算機(jī)的構(gòu)造圖，需要構(gòu)建相應(yīng)的將神經(jīng)元彼此連接起來(lái)的電纜方程組(cable equations, Kabelgleichungen)，并計(jì)算這些“電纜方程組”。要開(kāi)發(fā)類似人腦工作的計(jì)算機(jī)，就需要一個(gè)能對(duì)具有突觸連接的神經(jīng)元的高度復(fù)雜的連通性(Connectivity, Verschaltung)進(jìn)行計(jì)算的操作系統(tǒng)。目前，德國(guó)科學(xué)家已經(jīng)搞清楚了算法，這些算法預(yù)告突觸連接在哪些地方發(fā)生。這些預(yù)告算法可對(duì)多達(dá)1000萬(wàn)億個(gè)突觸連接進(jìn)行建模，計(jì)算出哪些地方有突觸連接存在。 由此可以實(shí)現(xiàn)在超級(jí)計(jì)算機(jī)上對(duì)神經(jīng)元的仿真，但速度還是太慢。據(jù)卡爾海因茨?麥耶教授介紹，“仿真的速度比真正的人腦要慢100到1000倍，而且在有些情況下你必須要等待100天，結(jié)果才出來(lái)。若要重復(fù)100次，那這樣的速度就非常不實(shí)際了。” 因此，以卡爾海因茨?麥耶為首的研究人員正在著手將神經(jīng)元注入硅片。一種所謂的神經(jīng)形態(tài)(neuromorph)系統(tǒng)將出現(xiàn)在硅芯片上或硅圓片上。卡爾海因茨?麥耶說(shuō)：“這不僅是一種芯片，而是一個(gè)完整的硅圓片，在上面我們目前集成了20萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元和500萬(wàn)個(gè)突觸。這個(gè)硅圓片的大小也就是像一個(gè)略大些的盤(pán)子。” 這些硅圓片就是未來(lái)十年歐盟人腦研究項(xiàng)目要開(kāi)發(fā)的類似人腦的新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基石。