小发猫用48块芯片告诉你什么是人工大脑

小发猫用48块芯片告诉你什么是人工大脑

数据表

在圣何塞附近的研究办公室,ibm使用48个truenorth测试芯片构建了一个电子啮齿动物大脑,每个芯片都可以模拟大脑的一个基本组成部分。

据了解,它的体积就像浴室里的药箱,上面覆盖着半透明的塑料板,可以清晰地看到里面的芯片、电路板和彩色指示灯。它看起来像是20世纪70年代科幻电影中的一个物体,但modha说:“你看到的是一只小啮齿动物。”

他指的是一只小啮齿动物的大脑,至少这堆芯片能容纳那种大脑。这些芯片充当神经元,大脑的基本组成部分。Modha说,该系统可以模拟4800万个神经细胞,这基本上等于小型啮齿动物大脑中神经细胞的数量。

在ibm,modha负责认知计算,他们发明了“神经芯片”。当他和他的团队首次向公众宣布这项发明时,他们用它为ibm在硅谷的研发实验室的学者和政府研究人员提供为期三周的试运行支持。在将他们的电脑连接到数字鼠脑后,研究人员探索了它的结构,并开始为truenorth芯片编写程序。

几天前,一些研究人员在科罗拉多见过这个人,所以他们编写了能够识别照片和声音并能理解一些自然语言的程序。该芯片负责运行“深度学习”算法,该算法现在主导着互联网的人工智能服务。它为脸谱网提供面部识别服务,为微软的skype提供实时语言翻译。然而,ibm在这一领域仍然处于领先地位,因为它的研究可以减少对空间和电源的需求。通过这种方式,我们可以将这种人工智能应用到手机和其他小型设备中,如助听器和手表。

“我们能从突触结构中得到什么?我们只需要非常低的功耗就可以对图片进行分类,并且我们可以在新环境中解决新问题。”布莱恩范埃森(Brian van essen)表示,他是劳伦斯利弗莫尔国家实验室的计算机科学家,负责将深度学习算法应用于国家安全。

truenorth芯片是最新的技术结晶。将来,它将负责深入学习和一系列其他人工智能服务的运作。现在运行谷歌、脸书和微软算法的机器需要配备独立的图形处理器,但它们都在向fpga(可以编程特定任务的芯片)发展。彼得迪尔(苏黎世理工大学皮质计算小组博士)认为,truenorth因其低功耗而优于独立图形芯片和fpga。

密歇根大学计算机科学教授杰森马尔斯(jason mars)认为,主要区别在于truenorth与深度学习算法的合作可以被认为是完美的。两者都深入模拟了神经网络,并在“大脑”中产生神经元和突触。"芯片可以有效地执行神经网络的命令."他没有参加试运行,但他密切关注芯片的进展。

即便如此,truenorth目前还不能与深度学习算法完全同步。然而,ibm已经决定让外部研究人员参与芯片的改进,因为离上市还有很长的路要走。对modha来说,这也是一个必须经历的过程,正如他所说:“我们需要为重大变革奠定坚实的基础。”

手机里的大脑

彼得迪尔最近去了中国,但是由于你知道的一些原因,他的手机不能使用谷歌,他立即把人工智能恢复到了原来的形式。因为现在大多数云计算依赖于谷歌的服务器,没有网络,一切都是白色和盲目的。

深度学习需要很强的处理能力。一般来说,这种级别的处理能力只能由大型数据中心提供,而我们的移动电话通常通过网络与之相连。Truenorth不同。它可以将至少一部分处理能力转移到你的手机或其他设备上,从而极大地扩展了人工智能的使用频率。

然而,要理解这些,你必须首先理解深度学习是如何工作的。其操作分为两个阶段。首先,像谷歌和脸书这样的公司需要培养自己的神经网络来处理特殊任务。如果他们想自动识别猫照片的功能,他们必须首先让神经网络看一堆猫照片。然后,在训练模式之后,需要另一个神经网络来执行这个任务。当你拿出一张照片时,系统会判断里面是否有猫。truenorth的存在是为了提高第二步的效率。

一旦你训练了神经网络,芯片可以帮助你绕过庞大的数据中心,直接完成第二步。由于truenorth芯片体积小、功耗低,因此也可以加载到手持设备上。这提高了整体效率,因为您不再需要通过网络从数据中心下载计算结果。如果能够推广,可以大大减轻数据中心的压力。“这是行业的未来。将来,设备可以独立执行复杂的任务。”火星说。

神经元、轴突、突触和神经冲动

谷歌最近一直试图将神经网络引入手机,但迪尔认为truenorth比其他竞争对手领先很多,毕竟它更符合深度学习。每个芯片可以模拟数百万个神经元,这些神经元可以通过“大脑中的突触”相互交流

这正是truenorth区别于市场上同类产品的地方,即使与图形处理器和fpga相比,TrueNorth也有足够的优势。Truenorth芯片可以在大脑中形成类似电脉冲的“神经脉冲”。神经冲动可以在某人讲话的图像中显示音调或颜色的变化。"你可以把它想象成神经元互相传递的一个小信息."Rodrigo alvarez-icaza说他是芯片的主要设计者之一。

虽然芯片上有54亿个晶体管,但功耗只有70毫瓦。标准英特尔处理器怎么样?它有12亿个晶体管,但功耗已经达到35到140瓦。甚至智能手机中常用的arm芯片的功耗也是truenorth芯片的几倍。

当然,这种芯片的工作需要新的软件,这正是迪尔和其他研究人员在试运行期间一直试图做的。换句话说,研究人员正在将现有的代码转换成芯片可识别的语言,并将其输入芯片,但他们也在尝试为truenorth编写本机代码。

和其他研究人员一样,modha主要关注生物学领域的truenorth,如神经元、轴突、突触、神经冲动等。毫无疑问,芯片在某些方面模拟了人类的神经系统,但它仍然有其局限性。“这样的讨论经常引起人们的警惕。毕竟,硅不是构成人脑的材料。”克里斯尼克尔森说他是skymind的创始人之一。

modha也承认了这些说法。当他在2008年开始这个项目时,他从国防部的研究机构DARPA(DARPA)获得了5350万美元的投资,目标是用完全不同的材料制造全新的芯片,模拟人脑。但他知道这个目标不可能很快实现,“在追求梦想的过程中,现实是不可忽视的,”他说。

2010年,他因猪流感卧床不起。在此期间,他意识到突破瓶颈的最好方法是从芯片结构开始模拟大脑。“你不需要神经细胞来模拟基础物理、化学和生物学来提高计算能力。我们需要变得越来越像大脑,同时保持足够的灵活性。”他说。

这是真北芯片。他不是一个数字大脑,但在这条道路上迈出了重要的一步,通过ibm的试运行,这个计划也进入了正式阶段。整个机器实际上是由48台未使用的机器组成的,每台机器都有自己的truenorth处理器。

随着试运行的结束,modha和他的团队将会分解机器,让研究人员把它带回家做进一步的研究。人类利用科学技术来改变社会,这些研究者是我们的骨干。

——