在芯片里搭一张神经网络:类脑计算到底能解决什么问题

你对着手机喊完“帮我生成一张带着猫的中秋海报”,屏幕转着圈等半分钟不说,后盖摸起来已经能煎鸡蛋了。这种体验我猜大部分人都有过。

现在的AI越来越好用,但代价就是越来越费电,哪怕你只是用个本地的AI降噪,跑十分钟手机掉电十个点都不奇怪。为什么会这样?

其实根子不在AI模型太大,在我们用的芯片架构,从第一台电脑到现在,没变过。

我们现在用的电脑,天生就不是给AI长的

我们用了几十年的冯诺依曼架构,核心就是存算分离:处理器管计算,内存管存储,俩是分开的。你要算任何东西,都得把数据从内存搬到处理器,算完再把结果搬回内存。

打个比方,你要写一万字的文章,书房在客厅,稿纸全锁在卧室柜子里。你写一个字走回卧室拿一张稿纸,写完再把纸放回去,再走回来写下一个。一天下来,字没写几个,路走了几万步,累个半死。

大部分电,就是这么浪费的。大部分热量,就是这么来的。

人脑就不是这么干的。我们大脑里的每个神经元,自己就带记忆,连接神经元的突触,本身就存着信息,处理信息的时候,存储和计算是一起完成的。你出门一眼认出楼下的共享单车,整个过程大脑消耗的能量,还不如你开一分钟手机手电筒多。

冯诺依曼架构存算分离示意图
冯诺依曼架构存算分离示意图

几十年前就有人发现这个问题了,只是那时候没有这么大规模的AI需求,大家都没当回事。现在AI大模型炸了,所有人都被功耗卡脖子了,才回头想起,原来早有人提出要模仿人脑做计算,就是类脑计算。

类脑计算,真的要造一个“人造大脑”吗?

说实话,我最早看到这个词的时候,也以为是要造一个和我们人脑一模一样的东西,出来个能思考会流泪的机器人,全是科幻片的桥段。

其实根本不是这么回事。现在业界做的类脑计算,核心就一件事:模仿人脑“存算一体”的工作方式,解决传统冯诺依曼架构的功耗问题,而已。

举个常见的成熟路线,就是用脉冲神经网络做的类脑芯片,它的每个小单元就像一个神经元,只有当积累的信号超过某个阈值,才会发出一个脉冲信号,不像传统芯片,不管有事没事,每个时钟周期都得满功率跑一遍。这么一来,大部分时候大部分单元都在休眠,功耗直接降了几个数量级。

类脑芯片神经元突触连接示意图
类脑芯片神经元突触连接示意图

我之前见过一块做语音唤醒的类脑芯片,本地就能识别不同人的声音指令,全年开着,一颗纽扣电池就能用三年。换传统芯片做,不到一个月就得换电池,这就是实打实的差距。

不过话说回来,现在也确实有不少研究者在往更接近人脑的方向走,研究怎么模拟人脑的学习方式。比如我们人脑学新东西,不用像AI那样几百万张图训练,看一两遍就会了,这种少样本学习的能力,如果能通过类脑计算做出来,那才是真的颠覆。

别吹得太神,类脑计算现在还卡在半路上

别吹得太神,类脑计算现在还卡在半路上
别吹得太神,类脑计算现在还卡在半路上

现在网上只要一提类脑,要么吹成下一个改变世界的技术,马上取代现有的芯片,要么就骂全是圈钱的骗局,什么用都没有。这两种说法都太极端了。

客观说,类脑计算现在还是个半成品。它的优势只在特定场景,你要让它跑Windows,打游戏,写文档,它比传统架构慢几十倍,根本没法用。它最适合的,就是端侧低功耗AI场景,比如随身的可穿戴设备,野外的环境传感器,不需要连云端,本地就要处理AI任务,还要好几年不换电池,这种地方,类脑就是降维打击。

那现在卡在哪呢?第一个是规模,现在能做出来的类脑芯片,神经元的数量还赶不上一只小型啮齿动物的,要跑现在流行的大模型,还做不到。第二个就是软件,原来我们开发AI,有一大堆成熟的开源工具,写代码几天就能训个模型,类脑现在连个通用的编程框架都没统一,开发者想要做个新任务,得从零开始调神经元连接,门槛太高了。

我上次0923在南京参加一个小型科技沙龙,碰到一个做类脑的博士后,他说他调一个简单的图像识别模型,花了快三个月,换传统框架,三天就做完了,你说这怎么普及。

其实也不用急。现在我们用的成熟芯片架构,发展了几十年才到今天的水平,类脑计算从概念到现在,也才半个世纪不到。刚造出第一台电子管计算机的时候,谁能想到今天人人兜里都揣着比当年超级计算机还强的手机?

类脑现在确实不完美,但它找对了方向。你想要未来AI真的走到生活的每个角落,而不是只能躲在云端的数据中心里,靠大电网供电,那类脑计算,早晚会走到舞台中间。

反正我挺期待的。说不定再过十年,我们的手表里就塞着一块类脑芯片,24小时帮我们监测健康预警,一块电池用一年,那种日子,想想就挺舒服。

作者|科技

排版|科技

审核|白杨

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