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人脑工程概念股华如科技(人脑工程)

2023-05-28 00:47分类:OBV 阅读:

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海量数据快速处理 类脑芯片促进神经形态超级计算机发展,使其具有极高的计算速度和海量数据处理能力,未来还能进行“认知”与“思考”,将改变计算机常规工作模式。美国空军研究实验室于2017年6月利用IBM公司的“真北”类脑芯片开始研制类脑超级计算机,并于2018年8月发布了世界上最大的神经形态超级计算机“蓝鸦”。该计算机可以同时模拟6400万个生物神经元和160亿个生物神经突触,功耗仅为40瓦,是传统超级计算机的百分之一。美国空军实验室计划在2019年演示一种利用“蓝鸦”开发的机载目标识别应用程序,2024年将实现百亿亿次的类脑认知超级计算机,对10倍于目前全球互联网流量的大数据进行实时分析,届时将使制约下一代战机等先进装备发展的大数据从难题变为资源,加速创新与发现,并极大缩短国防科技与工程的发展周期。

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业内资深人士告诉记者,脑机接口,也称“大脑端口”或“脑机融合感知”,是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。该技术能够在人(或其他动物)脑与外部环境之间建立沟通以达到控制设备的目的,进而起到监测、替代、改善/恢复、增强、补充的作用。脑机接口属于接触式类别,是身联网未来的重要发展方向之一。未来脑机接口有望解决大部分神经退行性疾病,包括老年痴呆、失明、瘫痪、抑郁、失眠、极度疼痛、中风、脑部损害等一系列问题。

类脑芯片起源于20世纪80年代,加州理工学院教授卡弗·米德最先提出的“神经拟态计算”的设计理念。2008年美国惠普公司发明出可模仿人脑触功能的忆阻器,使得以硬件形式模仿人脑形态和功能首次成为可能,为类脑芯片的快速发展奠定重要基础。美欧日等均设立各种类脑计划,为未来发展开辟道路,如美国2013年宣布的“通过发展创新性神经技术的大脑研究”计划(简称“大脑”计划)、欧盟第七框架计划的旗舰项目“人脑工程”、日本文部科学省2014年9月启动的“大脑研究计划”等。

美国DARPA在2008年忆阻器研制成功后,迅速启动总投资1.01亿美元,为期6年的“神经形态自适应可塑可扩展电子系统”项目,旨在研制出具有百万神经元级别的类脑芯片,项目主要由IBM和休斯研究实验室负责。

IBM于2014年发布了第二代“真北”类脑芯片,采用28纳米工艺,含100万个神经元数量、2.56亿个可编程突触、54亿个晶体管,每秒可执行460亿次突触运算,总功耗为70毫瓦,尺寸仅为一张邮票大小,能以80%的正确率对校园监控视频中的行人和车辆进行实时分类,相比执行同样任务的笔记本电脑,“真北”速度是后者的100倍,功率仅为其千分之一。

IBM公司侧重架构研究,对“真北”芯片中的“神经突触核心”电路做了充分简化,其中的突触只具有导通和断开两种状态。这种设计便于用传统计算机仿真模拟,但缺乏通过即时学习改善芯片性能的能力。休斯研究实验室的“神经突触核心”采用模拟设计,并利用“突触时分复用技术”使每个实体突触都能发挥上万个虚拟突触的作用。2014年6月,该实验室研制出包含576个神经元和7.3万突触的芯片,演示了通过即时学习改善芯片性能的能力。在项目下一阶段,该成果将应用于“真北”架构,构建可实时学习的类脑微处理器。

除“真北”芯片外,英特尔于2017年发布了Loihi类脑芯片,采用异构设计,拥有13万个神经元和1.3亿个突触,可加速机器学习,同时将功耗要求降低到现有芯片的千分之一。英特尔于2019年展示了其最新的可模拟800多万个神经元的Pohoiki Beach芯片系统,含64颗Loihi芯片,集成1320亿个晶体管,总面积3840平方毫米,拥有800多万个“神经元”(相当于某些小型啮齿动物的大脑)和80亿个“突触”,执行任务速度比传统CPU快1千倍,能效可提高1万倍。此外,高通、谷歌和英伟达等也在加大类脑芯片的研究。前几年大火的谷歌AlphaGo和英伟达GPU等,均采用了最新类脑芯片技术。

欧盟在“人脑工程”计划的支持下,类脑芯片研制也取得显著进展。英国曼彻斯特大学领导的“脉冲神经网络体系结构”项目是“人脑工程”计划的基础仿真项目。该项目基于多核ARM芯片构建认知超级计算机。2018年,全球最大的神经形态超级计算机“脉冲神经网络体系结构”首次启用,拥有100万个处理器内核,每秒可执行200万亿次操作,能够达到人脑百分之一的比例,是世界上第一个低功耗、大规模人脑数字模型。

超低延时动态视觉识别类脑芯片的超低功耗、超低延时、实时高速动态视觉识别、追踪技术及传感器信息处理技术,是国防科技战略层面的关键技术,尤其超低延时实时高速动态视觉识别技术,在卫星、飞机等装备高速动态识别领域具有极为重要的作用。美国空军于2014年授予IBM一份价值55万美元的合同,利用“真北”芯片帮助卫星、高空飞机和小型无人机等更加高效、智能地完成机器视觉分析,自动识别坦克或防空系统等车辆,而功耗不到原来1/5,这对于太空有限的供能资源非常重要。三星高级技术研究院于2016年也利用IBM“真北”芯片,研发了动态视觉传感器,以每秒2000帧的速度识别图像,用于3D地图生成和自动驾驶等。

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