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下一代计算机的终极形态? IBM的TrueNorth强在何处？[8P]

[align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333][font=Georgia,][i][img]http://source.group35mm.com/wp-content/uploads/2016/04/MesNo.jpg[/img]听说TrueNorth模仿了大脑？那是不是比Intel强很多呢？能不能打败AlphaGo？[/i][/font][/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]先别急着对比，你自己的缺点它也一样有。[/color][/font][/align]
[align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]何为TrueNorth？[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]TrueNorth是IBM公司基于硅晶设计的一款仿真人脑芯片。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]它集成了54亿个硅晶体管，组成了4096个物理核心，超级计算机一般的处理能力。作为美国国防部DARPA下辖的SyNapse项目的最新研究成果，它完全仿照了人类的脑结构进行设计，集成了100万个“神经元”以及2.56 亿个 “突触”。SyNapse 的全称是Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics，也就是“自适应可塑可伸缩电子神经系统”。巧合的是，SyNapse也有神经突触的意思。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]说到TrueNorth的突破之处之前，我们先说说在计算机界的“上帝定律”，也就是冯·诺依曼体系。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]数学家冯·诺依曼于1946年提出了计算机的基本程序原理。70年来，所有的电脑都以这个形式运行。他把程序本身当作数据的运算方式来对待，程序和该程序要处理的数据用同样的方式储存。程序们以二进制形式存取数据，而且程序是按照顺序一条一条的执行的。在计算过程中，指令和数据在同一个存储器中(这个存储器通常就是我们的RAM，也就是内存)被存储起来。计算机执行程序时，运算器，也就是CPU就会按顺序从主存储器中取出指令一条一条地进行演算，这样就执行了程序。在整个过程中的核心问题就在于，CPU要按照顺序执行指令，所以必须反复的和主存储器之间交换信息。而总线的速度不能无限制的提高，而且无论如何这都需要时间，所以这就是拖慢系统速度和产生能量消耗的核心问题。这个流程就是这样：[/color][/font][/align][indent]提取数据(读取RAM)—解析—执行—返回结果(写入RAM)
[/indent][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]尽管现在有了更先进的多核心处理器和高速缓存，但这只能增加同一时间可以处理的任务数量(也就是在同一时间里多做几个上面那种循环)，并不能从本质上解决哪些问题，也不能降低多少能耗。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]TrueNorth的目标就是打破这个体系。它模仿了人脑的结构，彻底改变了旧有架构。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]人脑强在哪？[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]人们都说人脑的力量是无穷的，那么人脑强在哪里呢？[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]人类大脑由无穷尽的神经网络构成。神经网络连接了众多神经元，在这张网络上电信号负责传导信息，而神经元则靠成千上万个突触来链接到整个神经网络。在这个拥有着数千亿个神经元的网络中，信息会以交叉并行的方式进行处理，这样就弥补了电信号在神经上传导缓慢的问题。在不需要处理信息的时候，大部分神经元都可以处于休息状态，因此人脑消耗的化学能很少。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333][img=600,495]http://www.group35mm.com/wp-content/uploads/2016/04/hcpOv-18AScyBDE_jA9Bmw3D3D2F7806612821560117650.jpeg[/img][/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]具体点说，人脑的信息处理过程包括接受输入，处理，输出这样的三个阶段。对应到一个单独的神经元上的功能执行单元话就分别是树突，胞体和轴突。它们的复杂的生物膜结构带来了信息的存储与转换功能。在人脑中，信息的处理仍然是二进制的，神经细胞间的信号电流导致的不同电位差就代表了0和1。成千上万的树突接受了其他神经元传来的信号，一同进行计算，然后将结果返回到更多的神经元。在整个过程中，信息的处理和传递都是乱序的，并不会按照顺序进行执行，同时由于每个神经元本身就可以存储信息，因此更不需要与“记忆体”交换数据。因此，整个大脑的运算是高效且高速的。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]软件vs.硬件，哪种模仿更有效率？[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333][img=595,237]http://www.group35mm.com/wp-content/uploads/2016/04/%E5%B1%8F%E5%B9%95%E5%BF%AB%E7%85%A7-2016-04-04-%E4%B8%8A%E5%8D%8810.17.02.png[/img][/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]与AlphaGo，Watson这种通过人工学习程序模仿人类神经网络，并且消耗了大量传统计算机的集群运算能力的软件算法相比，TrueNorth是芯片级的模仿。它可以真正实现人脑在处理能力的诸多优点。TrueNorth使用运算器作为神经元，高速缓存和互联网络作为突触。它把所有的处理单元都集成在了一起，并且使用全新的方式进行互联。因此，TrueNorth解决了冯·诺依曼体系的种种不足，也消灭了性能提升的瓶颈。此后数据的交互就可以在本地完成而无需内存了，同时各个“神经元”之间还可以进行高速互联，一旦接收到处理讯号，它们就可以立刻开始并行工作。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333][img=380,211]http://www.group35mm.com/wp-content/uploads/2016/04/DARPA_SyNAPSE_16_Chip_Board.jpg[/img][/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]第一代TrueNorth芯片组成的单元阵列[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]在五年前，IBM的芯片原型机性能很低，只相当于一只苍蝇的大脑。如今，它的性能已经有了指数级的增长，体积也减少了93%之多。在通常运行状态下，只需要100mW的电力就可以支持一块TrueNorth芯片工作，这要比现今最先进的智能手机芯片的能耗还低十几倍。要知道，苹果那集成了35亿个晶体管的A9X芯片最低也要有3W的功耗，而集成了54亿个晶体管的TrueNorth芯片有着如此之低的功耗简直令人不可思议。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333][img=573,145]http://www.group35mm.com/wp-content/uploads/2016/04/%E5%B1%8F%E5%B9%95%E5%BF%AB%E7%85%A7-2016-04-04-%E4%B8%8A%E5%8D%8810.17.11.png[/img][/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]那么它是如何做到这么低的功耗的呢？[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]相比于7×24小时全天候工作的数据中心芯片来说，TrueNorth是由事件来驱动的芯片。也就是说，假如没有需求，那么它就处于关闭状态。你无须担心它启动会耗费时间，因为它的反馈是即时的，和你的大脑一样。这些芯片不需要时钟，它们集成了所有的系统单元，可以无缝扩展，而且无须担心故障。一旦某个单元出现故障，就像人脑一样，其他的单元就会帮助解决问题。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333][img=800,503]http://www.group35mm.com/wp-content/uploads/2016/04/00bf7c87f9eb11c91735bd0f019ab01d.jpgheading.jpeg[/img][/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]在不远的未来，IBM的目标是制造出包含100亿个神经元，100万亿个突触的系统，它将只消耗1kW的电力，并且只占用两块瓷砖那么大的空间。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]现有的TrueNorth内核包含256个神经元，每一个神经元又分别和另外的256个神经元相互连接。如此就成就了TrueNorth系统那强大的处理能力。话说，介绍了这么半天还没说它的处理能力到底多强大呢？[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]和普通电脑使用FLOPS，也就是每秒浮点运算次数来衡量计算能力一样，IBM使用SOP，也就是每秒突触运算数来衡量TrueNorth的计算力。每一瓦的电力可以使得TrueNorth系统完成460亿次突触运算，也就是46GSOP。与之对比的是，AMD的Fury X计算能力高达8.6TFLOPS，平均每瓦计算力为23GFLOPS。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]应用在何处呢？[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]这电脑和你自己有个一样的毛病，数学不好。TrueNorth相比以前的计算机来说，它并不擅长进行纯计算(这种工作丢给计算卡或者显示卡比较好)。因此我们并不会抛弃原有的计算机，而是要将它们的优势结合到一起。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333][img=587,162]http://www.group35mm.com/wp-content/uploads/2016/04/%E5%B1%8F%E5%B9%95%E5%BF%AB%E7%85%A7-2016-04-04-%E4%B8%8A%E5%8D%8810.16.48.png[/img][/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]TrueNorth的强项和人一样，那就是处理和认知能力。以往在那些需要深度学习的人工智能领域，程序都需要极其强大的处理能力。一般来说，只有像Google和Apple那种为了搜索或Siri而设的巨型数据中心才能提供如此之强的处理能力；我们自己的手机如果需要进行相关的活动，通常只能通过网络与数据库链接来获取结果。而TrueNorth就可以改变这种状况，它可以把人工智能装进你的手机，仅仅消耗微乎其微的电力。而那些需要计算的部分，仍然可以由ARM处理器来完成。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]IBM认为，目前TrueNorth芯片的理想用途就是把它装进各种科研设备中进行地球监测。以往需要使用数据中心来进行处理的地球物理信息，比如温度，风力，地震波，大气压力，海浪，电磁辐射等数据都可以交给TrueNorth来处理。得益于良好的功耗控制和高水平的处理能力，它甚至可以预报灾害性天气等等。这种任务还从来没有小型计算机完成过呢。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]利用TrueNorth芯片可以形成与大脑中的电脉冲相似的信号的特点，我们还可以开发出更多有意思的程序。IBM的设计师声称，TrueNorth可以处理大部分人类可以感知到的讯息，比如视觉，听觉，甚至感觉等等。只要研发人员能把将现有的程序代码转换成新的芯片可以利用的代码，那么TrueNorth就可以立刻开始发挥作用。假如我们有能力搞清楚人眼的信息传递原理的话，用它来开发个电子义眼绝对不是问题。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]刚说起程序代码，这个可是个大问题。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]对这个芯片进行编程是个辛苦活。整个流程都要颠覆以往的传统，因为你现在需要考虑到底要怎么分配神经元，要它把指令发给多少神经元，怎么利用海量的突触等等。这不只是换了一些新术语那么简单。尽管IBM声称他们已经完成了TrueNorth的生态化，并发布了一些教学课程；但是现在的开发工作还是困难到令人感到痛苦，IBM目前也在进行大量的测试来优化整个流程。不过我们可以回忆一下几十年前从机器语言到高等的编程语言的演变过程，TrueNorth还是有很大希望的，毕竟它只是个婴儿。[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]尾声[/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333][img=199,203]http://www.group35mm.com/wp-content/uploads/2016/04/%E5%B1%8F%E5%B9%95%E5%BF%AB%E7%85%A7-2016-04-04-%E4%B8%8A%E5%8D%8810.17.21.png[/img][/color][/font][/align][align=left][font=微软雅黑, Tahoma,][color=#333333]TrueNorth具有方便可靠的集群化设计，可以很容易的进行扩展。[/color][/font][/align][color=#333333][font=微软雅黑, Tahoma,]目前来看，使用传统的技术，比如高性能计算卡，或者图形卡来进行人工智能计算的效率要更高。因此将IBM的TrueNorth芯片称为是计算机史上最伟大的发明之一还为时尚早。不过可以预见的是，它在未来一定会掀起一场技术革命，颠覆整个信息世界。到那时，说不定我们每个人都会成为高级人工智能的受益者。[/font][/color]

神经元计算机，量子计算机，光子计算机。人工智能快出现了吗

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内容人类技术越来越发达了，太厉害

这个才是真正人工智能未来的方向呀，谷歌下棋的那个狗狗可以靠边站了:teeth

直接用脑电波将图像信息和声音信息同时输入大脑多好，何必通过眼睛和耳朵！你们地球村的科技发展太慢了！跟我们火星市没法比！