“人脑芯片”离我们还有多远

40年前人类就梦想着发明可以思考的计算机。尽管到目前为止，这一梦想还未实现，但几大软件巨头高通、IBM和英特尔早已开始了“神经网络芯片”开发，并各自取得不小的进展。未来，神经网络芯片或许会广泛应用智能手机、平板电脑以及云计算主机上，并成为软件巨头们相互厮杀的新的战场。以下为文章摘要：

当我们透过双眼来看这个世界时，我们的大脑可以瞬间识别和感知所看到的事物。从根本上讲，人的大脑是一个可以传递内容和感知的“模式匹配”机器。比如，当你看到某个人时，你就能辨别出他的身高、面部表情、衣着和声音。
但是，计算机“大脑”却无法做到这些。尽管它跟人的大脑一样，可以看到生活中的相同物体，也可以告诉你这是什么东西，但是它依靠的还是早先储存在它里面的数据，通过匹配数字模型来识别事物。比如，当Facebook或者谷歌使用人脸识别软件来确定照片中的人物身份时，计算机需要可以识别此人的数据库支持。也就是说，计算机无法实现主动性的“感知”，如果它要在不同的照片中匹配相同的脸，它仍需要数据的支持。
但是，如果我们能创造出模仿人类大脑神经网络的芯片呢？
事实上，几大科技巨头们早在十几年前就开始尝试开发这类芯片，只是目前还没有取得突破性的进展。目前，高通、IBM以及英特尔都纷纷表示，他们已快要开发出具备大脑思考的计算机以及实际的产品。

神经网络影响
神经网络芯片计算机概念长久以来作为一个“目标”存活在计算机科学家心里。上世纪80年代，美国国防部高级研究计划局提出了“神经中枢和超强人工智能”概念。此后，计算机科学家就开始了漫长的人脑计算机开发。
被誉为“微处理器”之父的费德里科•费金(Federico Faggin)梦想着可以开发出一个具备电脑神经网络的处理器。他的公司Synaptics也试图在打造可以具备人脑思考的芯片。尽管最终未能实现，但是正是这家公司的付出，促使了触摸感应以及笔记本触板和触摸屏技术的产生。
人工神经网络的开发比费金想象要复杂的多。高通、IBM以及英特尔等芯片制造商正在尝试了解微处理器开发原理以及人脑，力图打造出一种全新的计算机芯片：神经网络处理器。
基本的、高级的研究依旧不断出现在神经网络计算机大脑开发中。高通希望能在明年之前开发出被他们称之为“神经处理器”的芯片。IBM、英特尔也在齐头赶上。Brain Corp（由高通投资的创业公司）等公司目前正集中人脑计算机的研究和应用，并加入可以模仿人脑认知过程的算法，以此来提升计算机视觉和运动控制能力。

计算机的重新定义
目前的计算机芯片提供的是相对直接、严格的功能，如处理信息、储存数据、收集传感器读数。也就是说，计算机完全是按照人的指令来完成任务，只不过每年它的工作效率都会提高。
高通的“神经网络处理器”与一般的处理器工作原理不同。从本质上讲，它仍然是一个由硅晶体材料构成的典型计算机芯片，但是它能够完成“定性”功能，而非“定量”功能。高通开发的软件工具可以模仿大脑活动，处理器上的“神经网络”按照人类神经网络传输信息的方式而设计，它可以允许开发者编写基于“生物激励”程序。高通设想其“神经网络处理器”可以完成“归类”和“预测”等认知任务。
高通给其“神经网络处理器”起名为“Zeroth”。Zeroth的名字起源于“第零原则”。“第零原则”规定，机器人不得伤害人类个体，或者因不作为致使人类个体受到伤害。
高通首席技术官麦特•格鲁伯（Matt Grob）给出了一个神经网络处理器应用例子：给一个机器人配置神经网络处理器，并且一只腿由铰链接合。然后，给这个机器人一个简单的“愿望”，即坐下时“难受”，站起来时则OK。机器人在经过起初一段摆动后，最后知道了如何站立。如果你强行将其按下，它也会立马站起来。
机器人知道了如何站立，它就具备了这种愿望，也就是它已经被编程。它刚开始不知道如何站立，但是当有任何外部动作刺激它完成自己的愿望时，它就会立马知道如何站立。
高通希望“神经网络处理器”芯片在未来几年时间能够覆盖到各种设备，包括智能手机、基于云构架的主机等。
目前，大部分智能手机和平板电脑都由集成芯片控制，这种芯片包含了处理器、专业图片处理器以及通信系统（如LTE或者WiFi技术）。高通希望，在不久的将来，“神经网络处理器”或者直接进入芯片系统，或者作为机设备中独立的芯片存在。
IBM现在也在开发名为 TrueNorth的认知计算机。TrueNorth跟高通 Zeroth芯片不同，它的计算机架构基于 IBM 公司于 2011 年发布的认知计算领域的成果——使用基于“神经突触核心”网络的计算机芯片，在该网络中，计算机可以像人脑中的神经网络一样管理信息。TrueNorth 以分布式、平行的方式来储存、处理信息，与人脑中的神经元和突触对信息的处理方式一致。
英特尔的“神经形态”芯片的基础构架基于“自旋设备”。它的设计基于两项技术：横向自旋阀（lateral spin valves）和忆阻器。横向自旋阀是一种金属线连接的小型磁铁，能根据通过的电子自旋方向开关。忆阻器则是有记忆功能的非线性电阻器。英特尔工程师设计的芯片架构工作方式类似神经元，能复制出大脑处理能力。
高通表示，其所开发神经网络处理器将尽快投入应用，最快将在明年。高通表示：“我们神经网络处理器将利用高通整个生态系统，目标针对‘嵌入式应用’，并与传统的处理器紧密结合，向客户在特定专业领域提供更节能、更全面的解决方案。”
嵌入式应用也就意味着，高通芯片可以控制用户界面和体验等某些方面，智能手机可以通过计算机的视觉和音频具备认知功能。比如，某人喜欢在晚上9点以后看电视剧，不喜欢在这段时间被电话骚扰。当刚好在这段时间有电话打进来时，他就可以对手机说“讨厌的电话！” 手机就会知道这段时间打进来的电话会打扰主人，于是就会将这类电话自动转化为语音邮箱。
如果这类芯片能被广泛应用，高通希望成为开发者中心。高通的价值定位是：让开发者借助高通工具，在神经网络处理器编程如同开发应用软件一样那个简单。
神经网络处理器可能最终成为计算机科学家的一场“白日梦”。尽管高通、IBM和英特尔已经都在朝神经网络处理器方向迈进，但这种处理器是否会在智能手机、云计算主机以及机器人身上被广泛应用，目前还是未知数。与此同时，最近在神经网络处理器领域的研究和进展离费金在40年前提出的梦想目标还相差甚远。