隨著人工智能不斷使機(jī)器變得更加智能，科技界許多人認(rèn)為“奇點(diǎn)”——技術(shù)進(jìn)步使得機(jī)器比人類聰明上指數(shù)級的倍數(shù)的時(shí)間點(diǎn)——就在眼前。
 
但是，當(dāng)涉及到計(jì)算的時(shí)候，人類的大腦仍然比地球上任何一個(gè)技術(shù)處理系統(tǒng)都要強(qiáng)大得多（而且效率高得多）。
 
事實(shí)上，開發(fā)能夠模仿大腦突觸的工作方式的微芯片——特別是它們幾乎不需要能量來處理和存儲信息的能力——一直以來都是計(jì)算的“圣杯”。
 
來自艾克塞特大學(xué)、牛津大學(xué)和明斯特大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研發(fā)了一種專門的光子芯片。在測試中，這種芯片的運(yùn)算速度可以比人腦的速度快1000倍。這種芯片如果用于超級計(jì)算機(jī)，則可最大限度地同時(shí)儲存信息，并只需使用最小的功率?？茖W(xué)家們朝著這個(gè)計(jì)算的“圣杯”又邁近了一步。
 
因?yàn)檫@款微芯片是由光驅(qū)動的，它們也可以在比任何電子處理系統(tǒng)都更低的能量供應(yīng)下執(zhí)行高速計(jì)算。
 
強(qiáng)大的人腦硬件
 
在人類大腦中，突觸將神經(jīng)細(xì)胞（或神經(jīng)元）連接在一起。構(gòu)成記憶和思想的大腦信號以微小的電荷的形式通過這些神經(jīng)細(xì)胞；當(dāng)電荷到達(dá)突觸時(shí)，它就會觸發(fā)神經(jīng)遞質(zhì)釋放，神經(jīng)遞質(zhì)是一種化學(xué)“信使”，在整個(gè)大腦中傳遞信息。

 
突觸本質(zhì)上是一種“電路”，它能促進(jìn)我們的思維、感覺和活動的激活。而且突觸的數(shù)量非常多：在一個(gè)健康的大腦中存在著大約1000億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元都與其他成千上萬的神經(jīng)元相連接，大腦中突觸的數(shù)量估計(jì)在100萬億到1000萬億個(gè)之間。
 
不過，比它們的數(shù)量更令人驚異的是它們的速度：大腦中數(shù)以萬億計(jì)的“突觸連接”的運(yùn)行速度與一臺擁有每秒1萬億比特的處理器的計(jì)算機(jī)的速度類似。（作為參考，這比你辦公室的每秒100兆比特的以太網(wǎng)速度要快1萬倍。)
 
創(chuàng)造更像人腦的微芯片
 
考慮到人類大腦天生的強(qiáng)大處理能力，“神經(jīng)形態(tài)計(jì)算”領(lǐng)域的研究人員正在開發(fā)以大腦為靈感的計(jì)算機(jī)、設(shè)備以及用于商業(yè)用途的電子產(chǎn)品的模型。如果他們成功了，神經(jīng)形態(tài)芯片（或神經(jīng)芯片）有一天會取代我們的智能手機(jī)和其他設(shè)備里的CPU（中央處理器）。
 
現(xiàn)在，即使是世界上最快的處理器和CPU也無法接近大腦突觸的處理速度。在一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)中，生物大腦1秒鐘處理的計(jì)算量，在K計(jì)算機(jī)（地球上最快的超級計(jì)算機(jī)之一）中，超過8萬個(gè)處理器工作了40分鐘才完成。
 
讓計(jì)算機(jī)變得更快是可能的，但也需要更多的能量。人類大腦的兩個(gè)主要的組成部分相比機(jī)器占有優(yōu)勢。我們龐大的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和突觸可以：
 
1）快速并同時(shí)地處理和存儲大量信息（這被稱為“并行處理”）；
 
2）用非常少的能量進(jìn)行并行處理，總共只需要幾十瓦特的功率。
 
歐洲的研究人員用他們的光驅(qū)動芯片（light-powered microchip）解決了這兩個(gè)問題——他們制造出一種速度驚人的“硬件突觸”（hardware synapse），而且所需能量極低。
 
研究人員通過將“相變”（phase-change）材料和光子集成電路組合在一起，制造了這種芯片。相變材料在日常物品中有廣泛應(yīng)用，如可擦寫型的CD和DVD。
 
相變材料是一類隨溫度變化，能夠儲或和釋放大量能量的物質(zhì)。同時(shí)，光子集成電路利用光而不是電子來操縱原子和執(zhí)行其他功能。
 
使用光代替昂貴的、低效率的能源（例如電力）是許多科學(xué)家的目標(biāo)。事實(shí)上，一個(gè)被稱為“集成光子學(xué)”（integrated photonics）的學(xué)科專注于開發(fā)基于光信號的快速處理芯片，用于更快、更環(huán)保的電子產(chǎn)品。
 
由艾克賽特大學(xué)、牛津大學(xué)和明斯特大學(xué)的研究人員開發(fā)的光子芯片是一個(gè)很好的例子。根據(jù)研究小組的說法，他們的光子神經(jīng)突觸可以比人腦的速度快1000倍，這代表了破解大腦模擬計(jì)算機(jī)的“圣杯”的關(guān)鍵一步。
 
盡管迄今為止，研究團(tuán)隊(duì)只進(jìn)行了測試，以證明該微芯片在“突觸模擬”中的可編程性和有效性。但研究人員稱，他們的這一大腦啟發(fā)的創(chuàng)新顯示了神經(jīng)形態(tài)計(jì)算工具的解決方案的一個(gè)基本要求。而這正是研究人員所說的“開拓性突破”的意義所在。
 
再回到AI領(lǐng)域：如果在不久的將來，一個(gè)高速的、基于光的神經(jīng)芯片被應(yīng)用在我們的電子產(chǎn)品，那么這些設(shè)備將能夠以比以往更快的速度、更低的能量需求處理AI算法。如果設(shè)備能夠更快地支持AI和高級機(jī)器學(xué)習(xí)，人類的大腦就會失去它相對于機(jī)器的某些優(yōu)勢，這也許會讓我們離奇點(diǎn)又近一步。

2017-10-09  來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

文章關(guān)鍵詞： 韋爾半導(dǎo)體  香港華清電子(集團(tuán))有限公司  類腦光子芯片