【前沿科技】通用人工智能重大突破——新型類腦芯片
  來源:科學媒介中心
2019-10-08 17:28:36

(本文由黑龍江省科協與黑龍江日報客戶端聯合發布)

demo.jpg

(圖源:Daily Express)


  • 王雷    編譯


人工智能(AI, Artificial Intelligence)是新一輪科技革命和產業變革的驅動力。在互聯網技術和大數據時代的推動下,AI正在深刻地改變著人類的生活。
人工智能分為兩種,一種是所謂的“狹義的人工智能”,即某一個專業領域的智能化程序,目前人類所開發的智能系統基本都屬于此。
例如圍棋(谷歌AlphaGo)、汽車駕駛(百度Apollo自動駕駛)、醫學診斷(90%準確率診斷兒科疾?。?、代數計算或數學定理證明等領域。
另一種是“通用人工智能(AGI, Artificial General Intelligence)”,即接近甚至超過人類的智能的系統,是明確地針對不同的領域構建的能夠解決各種復雜問題的軟件程序。
demo.jpg
(圖源:ciotechie)

通用人工智能的突破:天機芯片


通用的人工智能一般有兩種開發方式:一種基于電腦思維(以計算機科學為導向),另一種基于人腦思維(以神經科學為導向)。

由于兩種方法的計算方式和編碼程序是完全不同的,而且彼此互不兼容,從而阻礙了AGI的技術開發。

然而,世界各國對于AGI的發展極為關注,投入大量的資金進行研究。例如,今年7月份,微軟公司宣布向OpenAI(非營利性人工智能)研究公司投資10億美元,用于AGI項目的研發。

近,由清華大學類腦計算研究中心的施路平團隊主導研發的首款異構融合類腦計算芯片——天機芯(Tianjic chip),實現了AGI領域的重大突破。

demo.jpg

計算機和神經學融合的AGI的開發流程圖(圖源:nature)


科學家相信,AGI雖然是一個很難的研究課題,但是隨著科技的發展一定會成為現實。
據報道,天機芯的整個研發工作由清華大學主導,并聯合北京師范大學、新加坡科技大學(Singapore University)、加州大學圣巴爾巴拉分校(University of California Santa Barbara)以及Lynxi科技(北京)有限公司合作完成。
研究成果作為封面文章登上8月1日的《自然》(Nature)期刊。研究者將AGI兩種開發方式有機地結合起來,進行有效的異構性融合,開發出一個通用的人工智能平臺:把類腦計算和機器學習結合起來,既可以支持計算機科學的人工神經網絡,又能夠構建神經科學啟發的計算機模型和算法。
同時,研究者在該平臺的基礎上開發出了天機芯。這款新型的人工智能芯片,結合了類腦計算的神經學網絡和基于計算機科學算法的人工智能,是一個能夠同時支持脈沖神經網絡和人工神經網路的類腦芯片。


demo.jpg

(圖源:nature)


天機芯采用混合編碼的方案,同時擁有多個可重構的功能性??椋‵Cores),既可以支持基于計算機科學的機器學習算法,又能夠實現類腦電路的啟動和編碼。
它由156個的FCores組成,包含約1000萬個突觸和4萬個神經元。每一個FCores都結合了人工神經網絡的基本構建??椋?/span>軸突、突觸和樹突等。
天機芯的設計理念是基于人腦的結構和運行模式,將計算機科學、腦科學以及神經學進行有機地結合。它就像是一種類腦計算機,能夠像人腦一樣處理復雜的智能問題。
隨著該技術的逐漸成熟,天機芯未來將廣泛應用于智能機器人、自動駕駛、醫療等領域。


demo.jpg

(圖源:cbicr.tsinghua)


芯片評估:無人自行車


為了評估天機芯整合信息和做出決策的能力,論文共同第一作者、清華大學類腦計算研究中心的趙明國團隊設計了無人智能自行車系統,進行無人駕駛的自行車實驗研究,可以說是無人駕駛自行車的雛形了。

當然,與自動駕駛汽車相比,智能自行車體積很小,但是該系統是一個小型的類腦技術平臺,其中包括激光測速、陀螺儀、攝像頭等傳感器,剎車、轉向、驅動等制動裝置,以及控制、計算、系統升級等處理平臺。

根據研究者的數據顯示,無人智能自行車系統能夠實時地感知周圍環境,自動地躲避各種障礙物,并且能夠根據指令和視覺感知的反饋信號對系統進行有效的控制,使自行車保持平衡,甚至進行橫向和縱向行進。

demo.jpg

無人駕駛自行車實驗


人工智能發展的重要階段

就像信息時代的計算機和互聯網一樣,人工智能正在成為推動人類進入智能時代的決定性力量。它已成為國家戰略的一部分,世界各國都高度重視人工智能的技術進步與產業發展。


demo.jpg

(圖源:人民網)



  • 起源:1950年,馬文·明斯基(Marvin Lee Minsky)及其合作者,建造了世界上第一臺神經網絡計算機。
    1956年,明斯基與約翰·麥卡錫(John McCarthy)在美國達特茅斯學院(Dartmouth College)舉行的會議上首次提出“人工智能”的概念,這標志著人工智能科學的誕生。
  • 初步發展:20世紀60年代,人工智能概念提出后,計算機被廣泛應用于數學和自然語言領域,用來解決數學、語言問題。研究者們相繼取得了一批令人矚目的研究成果,如機器定理證明、跳棋程序等。
  • 發展低谷:20世紀70年代,人工智能進入發展的低谷期,所面臨的技術難題主要有三個方面:計算機性能和應用程序無法滿足人工智能的應用;擬解決問題的復雜性;數據庫來源少,機器無法讀取足夠的數據量。

  • 穩步發展:20世紀90年代,由于計算機和互聯網技術的發展,加速了人工智能的創新性研究。例如,1997年國際商業機器公司(IBM)的深藍超級計算機(Deep Blue)戰勝了國際象棋世界冠軍加里·卡斯帕羅夫(Garry Kasparov),就是這一時期的標志性事件。

  • 蓬勃發展:21世紀以來,隨著大數據和云計算等信息技術的發展,人工智能技術飛速地發展。圖像分類、語音識別、AlphaGO、無人駕駛等人工智能技術迎來爆發式增長。