史上最大的芯片,AI中的LHC:用一整片晶圆制造高仿版大脑

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/03 18:39:55
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http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2009/4/217978.html

德科学家造出“芯片上的大脑” 超越人脑大革命

人类大脑常常被喻为计算机,但是人脑不用任何软件是怎样运行的?欧洲研究人员说,一个全新的神经计算领域将为您解开答案。他们已经设计出了一个“芯片上的大脑”原型,这是未来神经计算机的雏形。
  
“芯片上的大脑”原型

造个大脑给你用

德国海德堡大学的物理学家卡尔海因茨·迈尔正在协调由欧盟支持的FACETS项目,该项目汇集了来自7个国家15个研究院所的科学家来从事该项研究。得益于神经科学研究的成果,他们正在构建一台像大脑一样工作的神经计算机,但规模要小得多。迈尔说:“我们都知道大脑具有神奇的运算本领。我们即将开发的系统将借鉴大脑的生物学知识,也许将成为新一轮信息技术革命的一部分。”

人类大脑和日常使用的计算机在3个方面具有明显的不同:消耗功率非常小;即使在部件失效时也能运行良好;不用任何软件就能工作。

那么它又是如何进行运算的呢?还没有人知道。不过,FACETS的一个研究小组正在对大脑细胞——神经元进行详尽的研究,以期找出它们到底是如何工作的,它们之间是如何相连的,这些网络又是如何“学会”做新事情的。

测绘脑细胞

迈尔说:“我们现在的处境极像是分子生物学家在几年前面临的境况,那时人们开始绘制人类基因组,并获取有用的数据。我们的同事现在也正在记录神经组织的数据,来描绘神经元和突触以及它们的连接。这项工作近乎工业规模,要记录许许多多神经细胞的数据,然后将其放入数据库中。”

同时,另一个FACETS小组则正在开发简化的数学模型,以精确地描述正被揭示的这些复杂行为。虽然这些神经元可进行详细建模,但是它们实在是过于复杂,因而无法用软件或硬件来加以实施。

研究人员的目标是要利用这些模型制造出一台可模拟大脑的“神经计算机”。第一步就是在单个芯片上建立一个由300个神经元和50万个突触组成的网络。研究小组使用模拟电子来代表神经元,利用数字电子来代表它们之间的通信。这是一个独特的组合。

因为神经元是非常小的,所以这个系统要比生物等效法快10万倍,比软件模拟快1000万倍。迈尔说:“我们可在1秒钟内完成1天的模拟量。”

目前,研究人员可在互联网上使用该网络开展工作,而无需亲身前往海德堡。

新型计算

但是,这个“第一阶段”的网络是在测绘和建模工作得出成果之前设计的。目前,研究小组正在构建“第二阶段”网络,新网络中包含了20万个神经元和5000万个突触,这将纳入迄今为止神经科学的所有发现。

研究小组在20厘米的单硅片上建立了该网络,这种硅片通常用在批量生产芯片过程的切割和封装之前。此做法将有助于制成更紧凑的设备。

此前,“圆片规模集成”从未这样使用过,因为如此大的电路必将产生制造缺陷。迈尔指出:“我们的芯片会有缺陷,但每个缺陷可能只会影响到网络中的一个突触或一个连接。我们利用了容错原理,使整个圆片成为一个神经网络。”

神经计算机又是如何使用的呢?迈尔强调,制造数字计算机的原理并不能简单地套用到大脑建模设备上。要使它们工作须有一个全新的计算理论。FACETS的另一个小组正在就此开展工作。

超越大脑

一台真正实用的神经计算机离我们可能还需5年的时间。迈尔说,第一步也许是在你的家用计算机中加入一个小设备,它能处理非常复杂的输入数据并提供一个简单的结果,一个典型的应用可能就是互联网搜索。

从长远来看,哪里需要作出复杂和困难的决定,哪里就会有神经计算机的身影。比方说,公司可在作出重要的商业决策时,用神经计算机来评估此决策的效果。在今天暗淡的经济气候下,许多公司都会希望拥有一台这样的计算机吧!

那么,神经计算机的发展最终将向哪里去?迈尔指出,神经计算机的低功耗和容错性,也许可将其部件的尺寸降至分子大小。“这样,我们就能制造出完全不同的计算机设备,它们具有优异的性能,在某些时候,它们的表现也许可与大脑媲美,甚至超越大脑。”<meta http-equiv="refresh" content="0; url=http://sdw.cc">
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德科学家造出“芯片上的大脑” 超越人脑大革命

人类大脑常常被喻为计算机,但是人脑不用任何软件是怎样运行的?欧洲研究人员说,一个全新的神经计算领域将为您解开答案。他们已经设计出了一个“芯片上的大脑”原型,这是未来神经计算机的雏形。
  
“芯片上的大脑”原型

造个大脑给你用

德国海德堡大学的物理学家卡尔海因茨·迈尔正在协调由欧盟支持的FACETS项目,该项目汇集了来自7个国家15个研究院所的科学家来从事该项研究。得益于神经科学研究的成果,他们正在构建一台像大脑一样工作的神经计算机,但规模要小得多。迈尔说:“我们都知道大脑具有神奇的运算本领。我们即将开发的系统将借鉴大脑的生物学知识,也许将成为新一轮信息技术革命的一部分。”

人类大脑和日常使用的计算机在3个方面具有明显的不同:消耗功率非常小;即使在部件失效时也能运行良好;不用任何软件就能工作。

那么它又是如何进行运算的呢?还没有人知道。不过,FACETS的一个研究小组正在对大脑细胞——神经元进行详尽的研究,以期找出它们到底是如何工作的,它们之间是如何相连的,这些网络又是如何“学会”做新事情的。

测绘脑细胞

迈尔说:“我们现在的处境极像是分子生物学家在几年前面临的境况,那时人们开始绘制人类基因组,并获取有用的数据。我们的同事现在也正在记录神经组织的数据,来描绘神经元和突触以及它们的连接。这项工作近乎工业规模,要记录许许多多神经细胞的数据,然后将其放入数据库中。”

同时,另一个FACETS小组则正在开发简化的数学模型,以精确地描述正被揭示的这些复杂行为。虽然这些神经元可进行详细建模,但是它们实在是过于复杂,因而无法用软件或硬件来加以实施。

研究人员的目标是要利用这些模型制造出一台可模拟大脑的“神经计算机”。第一步就是在单个芯片上建立一个由300个神经元和50万个突触组成的网络。研究小组使用模拟电子来代表神经元,利用数字电子来代表它们之间的通信。这是一个独特的组合。

因为神经元是非常小的,所以这个系统要比生物等效法快10万倍,比软件模拟快1000万倍。迈尔说:“我们可在1秒钟内完成1天的模拟量。”

目前,研究人员可在互联网上使用该网络开展工作,而无需亲身前往海德堡。

新型计算

但是,这个“第一阶段”的网络是在测绘和建模工作得出成果之前设计的。目前,研究小组正在构建“第二阶段”网络,新网络中包含了20万个神经元和5000万个突触,这将纳入迄今为止神经科学的所有发现。

研究小组在20厘米的单硅片上建立了该网络,这种硅片通常用在批量生产芯片过程的切割和封装之前。此做法将有助于制成更紧凑的设备。

此前,“圆片规模集成”从未这样使用过,因为如此大的电路必将产生制造缺陷。迈尔指出:“我们的芯片会有缺陷,但每个缺陷可能只会影响到网络中的一个突触或一个连接。我们利用了容错原理,使整个圆片成为一个神经网络。”

神经计算机又是如何使用的呢?迈尔强调,制造数字计算机的原理并不能简单地套用到大脑建模设备上。要使它们工作须有一个全新的计算理论。FACETS的另一个小组正在就此开展工作。

超越大脑

一台真正实用的神经计算机离我们可能还需5年的时间。迈尔说,第一步也许是在你的家用计算机中加入一个小设备,它能处理非常复杂的输入数据并提供一个简单的结果,一个典型的应用可能就是互联网搜索。

从长远来看,哪里需要作出复杂和困难的决定,哪里就会有神经计算机的身影。比方说,公司可在作出重要的商业决策时,用神经计算机来评估此决策的效果。在今天暗淡的经济气候下,许多公司都会希望拥有一台这样的计算机吧!

那么,神经计算机的发展最终将向哪里去?迈尔指出,神经计算机的低功耗和容错性,也许可将其部件的尺寸降至分子大小。“这样,我们就能制造出完全不同的计算机设备,它们具有优异的性能,在某些时候,它们的表现也许可与大脑媲美,甚至超越大脑。”<meta http-equiv="refresh" content="0; url=http://sdw.cc">
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如果是真的,并且发展下去,人工智能将会真正的出现,人类就危险了。


真的,你可以自己按原文里的链接到FACETS的官网上看。

FACETS的名称很低调:"Fast Analog Computing with Emergent Transient"(基于演化瞬态的快速模拟计算),实质说白了就是制造一个“山寨高仿版”的鼠脑,并且尽可能把原理搞清楚。

FACETS的一期工程是著名的blue brain,拆了个鼠脑冰冻切片显微拍照,把神经元的连接关系测出来(跟山寨厂抄手机板的过程一样,磨掉一层拍一张照片),丢进超级计算机blue gene仿真,得到了脑电波波形。

二期工程用了一整片全定制的模拟晶圆做硬件实现(可能是人类历史上最大规模的芯片,还是模拟的),也得到了脑电波波形。现在二期工程刚结束,正在稳步推进中。

如果是真的,并且发展下去,人工智能将会真正的出现,人类就危险了。
ghostzt 发表于 2009-11-28 20:14


真的,你可以自己按原文里的链接到FACETS的官网上看。

FACETS的名称很低调:"Fast Analog Computing with Emergent Transient"(基于演化瞬态的快速模拟计算),实质说白了就是制造一个“山寨高仿版”的鼠脑,并且尽可能把原理搞清楚。

FACETS的一期工程是著名的blue brain,拆了个鼠脑冰冻切片显微拍照,把神经元的连接关系测出来(跟山寨厂抄手机板的过程一样,磨掉一层拍一张照片),丢进超级计算机blue gene仿真,得到了脑电波波形。

二期工程用了一整片全定制的模拟晶圆做硬件实现(可能是人类历史上最大规模的芯片,还是模拟的),也得到了脑电波波形。现在二期工程刚结束,正在稳步推进中。

如果是真的,并且发展下去,人工智能将会真正的出现,人类就危险了。
ghostzt 发表于 2009-11-28 20:14
现在玩人工智能最有前景还是DNA计算机,硅基智能想超过人脑,基本是天方夜谭吧,物理极限在那摆着呢
F119增吹版 发表于 2009-11-28 21:21
明天人工智能要上街行游,要求身份证,要求谈恋爱权。。。
数字计算机的发展把这帮家伙给弄昏头了吧?逆向工程搞大脑硬件?

神经元的尺度是微米,而硅器件的尺度已经是亚百纳米。论复杂度,超级计算机早已超过一般哺乳动物甚至人类。论反应速度,硅器件是纳秒以下,而神经活动却是毫秒级。

所以根本问题不在复杂度,速度,还有静态结构。原来搞ai的都没这么蛮干...研究了各种模型---就这样也没一个成功。现在居然直接硬上了.........
记得好像是哪位大师说过历史上武力解决的问题要比其它方法多得多……最简单的方法往往最有效。但是……伟大的先知詹姆斯卡梅隆告诉我们,一山不容二虎,一个地球不容两种智慧生物……
spinup 发表于 2009-11-29 14:07
硅基智能超过人脑、替代人类的工作其实早就发生了
就智能而言,对于几乎任何既定的计算问题上,计算机都比人类有优势
任何复杂而昂贵的工程问题无一例外都使用自动化控制或者计算机模拟

人类真正独特的地方是灵活性和社会属性——包括阅历、团队合作、人脉关系,以及主动性——比如企业家营商创业的行为。这些属性不仅需要智商,还需要被赋予人类的权利,经历人类完整的生活才能获得。例如一个人要营商创业,首先要拥有自主的财产、有权决定自己的人生,并且反复的尝试,最后才能成功。

只有一开始就让智能体拥有人的生活和独立权利,他才会最终具备人的竞争力——但这样做对于机器人制造商是赔本的,不会实行,所以最后只能造出孤高的白痴天才。(这也是把人培养成机器人的苏联模式竞争不过MD的根本原因)

信息技术除了“造高达”之外,终极的用途是connet people(诺基亚的口号),帮助人类交往,丰富人的社会生活。日本人想不到这一点(也做不到,大公司体制),所以在“新经济”时代输了个精光。
"FACETS的一期工程是著名的blue brain,拆了个鼠脑冰冻切片显微拍照,把神经元的连接关系测出来(跟山寨厂抄手机板的过程一样,磨掉一层拍一张照片),丢进超级计算机blue gene仿真,得到了脑电波波形。"

汗~~~谢谢楼主的资料,开了眼界了,居然还有用这么直接的方法研究大脑物理结构的...
挺科幻的
关键是还没搞明白神经元之间联系规则吧,其实现在PC机的性能应该可以模拟单一脑细胞了,关键是联系规则。
有趣的帖子[:a15:]
才20万个神经元还不能成气候
spinup 发表于 2009-11-29 14:07
spinup 发表于 2009-11-29 14:07
wolfwolfback 发表于 2009-12-1 00:28
神经元的最小功能单位是突触,单一一个突触的功能并不比一个门电路强。而尺寸上却要大百倍计。
1.最小功能元件尺寸:
数字计算机:门电路,百纳米量级。
人脑:神经细胞间的突触,微米量级。
-----数字电路领先1-2个数量级

2.复杂度:
数字计算机:pc处理器晶体管数在10亿量级,折算门电路在亿量级,存储芯片折算门电路在10亿量级。
人脑:百亿量级神经元,每个有数千突触,折算为十万亿量级。
人脑领先4个数量级。------不过目前超级计算机的大型集群有数万处理器,所以现在的超级计算机与人脑对比复杂度的话,基本平手。

---这是我以前在阅读一些关于人工智能的资料的时候按里面的一些说法作的分析-----我不是第一个这么做的人。

问题只是现代工艺下硅集成电路仍然是平面的,而脑部的神经元分布是立体的,所以需要很大面积的硅片来做电路与神经元连接的实验。
spinup 发表于 2009-12-2 11:46 不好意思,从复杂度来说,一个细胞和一个人是等效的
你如果真正研究过,就不会说出单一突触不比一个门电路强这样的话了
IBM用bluegene勉强能够模拟一只猫,在你看来是大大浪费晶体管吧

不好意思,从复杂度来说,一个细胞和一个人是等效的
你如果真正研究过,就不会说出单一突触不比一个门电路 ...
xx88 发表于 2009-12-2 11:52


.........你知道一个突触的功能有多“强大”吗?.......在一个信号到来的时候释放小泡里的神经递质,而把信号传递到另一个神经元,或者抑制另一个神经元的信号活动。这就是至今为止生物学家了解到的突触的全部功能。

这也就是搞这方面研究的人可以用电极去刺激或者接收神经信号的原因-----也就是主贴描述的研究。
只是我不认为这种静态的研究会取得他们希望的结果。


10楼说法才是正确的。数字计算机做的事和人脑是不同的..........如果真有计算机能同时实现人脑的智能与数字计算机的性能,那未必是人类乐于看到的。
不好意思,从复杂度来说,一个细胞和一个人是等效的
你如果真正研究过,就不会说出单一突触不比一个门电路 ...
xx88 发表于 2009-12-2 11:52


.........你知道一个突触的功能有多“强大”吗?.......在一个信号到来的时候释放小泡里的神经递质,而把信号传递到另一个神经元,或者抑制另一个神经元的信号活动。这就是至今为止生物学家了解到的突触的全部功能。

这也就是搞这方面研究的人可以用电极去刺激或者接收神经信号的原因-----也就是主贴描述的研究。
只是我不认为这种静态的研究会取得他们希望的结果。


10楼说法才是正确的。数字计算机做的事和人脑是不同的..........如果真有计算机能同时实现人脑的智能与数字计算机的性能,那未必是人类乐于看到的。
芯片级的模拟能考虑到量子方面的因素吗
囊泡里的神经递质,多大的信号可以引发释放,如果释放,有多少个囊泡参与,释放之后对自身对突触后神经元各有什么影响,下次信号过来的时候会有什么变化。都不是你所理解的机械的线性的反应。
搞人工智能的人很多都低估了难度
建议你去看一本书,皇帝的新脑
xx88 发表于 2009-12-2 18:47
人脑的计算方式不清楚, 不过在某些方面比机算机快太多了

比如你看到一个看起来很眼熟的人, 你会努力回想这个人是谁, 大脑会搜索储存的记忆作对比, 基本原理跟计算机一样.

不过人能在短时间内回想起来, 而计算机搜索大量的资料非常耗时间. 这就说明两者计算方式不一样, 人脑内的"软件程序" 比计算机先进
能通过图灵测试不
回复 25# tonyget

但是,人脑可能最终都想不起来;计算机总是有结果的。

也就是说,人或许可以很快给出结果,但结果本身并不可靠
哥德尔大概有这么一个表述:任何形式系统都有不可判断的命题,但人心可以判断之。图灵机仍然是形式系统,因此受此束缚。
这要造多少片园晶才能找到一片完美无瑕的良品啊
这个只是模拟脑部的电流活动 是为了研究脑部病变所做的研究 和真正诞生人工智能差了十万八千里。。。转帖要仔细啊 LZ
人的情绪,感情是如何产生?有人搞清楚了吗?
回复 4# acoustics


    一堆狗屎,不懂神经生物学就不要乱喷,生命智能跟人工智能根本就不是一码事,什么冷冻切片,还磨掉,磨你脑壳啊
霏菲飞 发表于 2009-12-3 16:56

理论上找到的概率是0 {:3_97:}
人脑的运算机制从理论上都还没搞清楚呢,电脑超过人脑在现阶段就是扯淡。
人类只能乞求自然界的怜悯...
大自然用了几十亿年才解决的事情就凭人类几十年就能解决???
persianmoon 发表于 2009-12-7 23:08

我说大哥你还真幽默!我喜欢!!
transley 发表于 2009-12-3 14:22

人脑运算时不会发热,蒸熟脑袋

而高发热量如今已成电子运算的瓶颈
spinup 发表于 2009-11-29 14:07


    没准硬上真能“量变引起质变”呢。

   另,上面那个声称DNA计算机最有希望的,拉点国家投资或者风险投资吧,我一朋友就研究这个的。
tonyget 发表于 2010-2-12 22:59


    人脑会发热,还是3D液冷的,底下连一个好大的散热器。
marion 发表于 2010-2-12 23:13

出汗是人体的散热机制

你集中精力思考问题时,头皮会出汗吗?