為何超級計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力依然不如人腦？

近日，IBM用“紅杉”模擬5300億個(gè)人類的神經(jīng)元。但結(jié)果令人大跌眼鏡。與真正的人腦相比，“紅杉”完全處于下風(fēng)。目前，在全球超算排名中，“泰坦”居首位，而“紅杉”排名第二，它的運(yùn)算速度高達(dá)16000萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算/秒。

美國斯坦福大學(xué)教授、“硅腦”研究實(shí)驗(yàn)室主任Kwabena Boahen表示，大腦的運(yùn)算能力比超級計(jì)算機(jī)強(qiáng)，并不是說算得更快。也就是說人類的大腦能夠處理更為復(fù)雜的信息，而在計(jì)算速度方面，相較于超級計(jì)算機(jī)，人腦無法企及。大腦的強(qiáng)項(xiàng)在于大規(guī)模的并行化，即所有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)解決多個(gè)問題。而現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)平臺，無論速度多快，都是順序操作的，每一步只能解決一個(gè)問題。

Boahen教授的研究方向就是用硬件和軟件來復(fù)制大腦的計(jì)算能力。他的實(shí)驗(yàn)室最近取得的研究成果被稱為 Neurogrid(神經(jīng)網(wǎng)格)，可以模擬100 萬個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。Neurogrid并不是一臺超級計(jì)算機(jī)，它不能模擬宇宙大爆炸，不能預(yù)報(bào)颶風(fēng)，也不能預(yù)測流行病，但是它能做到的，卻能讓它與眾不同。

Neurogrid是首個(gè)能實(shí)時(shí)模擬100萬個(gè)神經(jīng)元的模擬平臺，換句話說，它模擬人腦1秒鐘的活動(dòng)，僅需要1秒鐘，相比之下，“紅杉”模擬人腦一秒鐘的活動(dòng)需要1500秒。這使Neurogrid成為研究人類大腦的有力工具，除了了解大腦的正常活動(dòng)，它還可以研究大腦疾病，例如自閉癥、精神分裂等，這些疾病用現(xiàn)有的傳統(tǒng)技術(shù)都很難模擬。

Neurogrid共有16塊芯片，每塊芯片上都有超過 65000個(gè)“硅神經(jīng)元”，這些神經(jīng)元可以通過80個(gè)參數(shù)進(jìn)行編程，以模擬不同類型的神經(jīng)元。真正讓它與傳統(tǒng)計(jì)算系統(tǒng)區(qū)別開來的地方，在于它進(jìn)行計(jì)算和通信的方式。大部分計(jì)算機(jī)都是通過數(shù)字信號來運(yùn)行的，而大腦神經(jīng)元活動(dòng)的推動(dòng)方式，卻更類似于模擬信號。于是Neurogrid在計(jì)算時(shí)采用模擬信號，通信時(shí)采用數(shù)字信號，這樣的方式更接近大腦。

除了運(yùn)算上的優(yōu)勢，Neurogrid在能耗上也遙遙領(lǐng)先。“紅杉”的功耗高達(dá)8兆瓦，相當(dāng)于160000個(gè)家庭的用電量，每年的電費(fèi)耗資700萬美元。而 Neurogrid功耗為5瓦，僅相當(dāng)于一個(gè)手機(jī)充電器。這意味著，Neurogrid這種類型的模擬平臺仍然有著巨大的潛力。也許不久后的一天，人們通過它就能真正知曉大腦的奧秘。