自20世紀40年代計算機技術(shù)出現(xiàn)伊始，研制模擬人腦設備的想法既激起了科學家們的興趣，又讓他們感到彷徨。人腦是一個與眾不同的器官。這個猶如柚子般大小的海綿體僅消耗20瓦電力，便能使人類理解復雜的概念、暢游物質(zhì)世界、并創(chuàng)造出非凡的事物——從宇宙飛船到十四行詩。

顯然，模仿人腦已被證實是無比困難的。傳統(tǒng)計算機甚至不敢嘗試。它們使用線性邏輯和硬連線電路來進行計算、發(fā)送消息、分析數(shù)據(jù)、組織知識，雖然消耗大量電力，但仍然無法與人腦千變?nèi)f化的思維能力匹敵。

然而今天，我們已經(jīng)站在了計算機的歷史轉(zhuǎn)折點上。在美國國防部高級研究計劃局的資助以及多所高�？茖W家的幫助下，IBM研究院的SyNAPSE團隊研發(fā)出了既強大、又節(jié)能的神經(jīng)突觸芯片，它將幫助計算機行業(yè)的先驅(qū)們實現(xiàn)夢想。IBM院士兼SyNAPSE項目組首席研究員Dharmendra S. Modha說：“我希望該科研成果能夠激發(fā)我們的靈感，讓我們重新思考計算機能為人類做些什么。” 《Science》雜志已于近日刊登了該項突破性成就的文章。

被SyNAPSE團隊命名為TrueNorth的感官微處理器能夠處理基于感官的多個用腦情境，包括視覺、聽覺及多感官情境。該芯片尤其適用于因電力和容積問題而導致計算能力受到限制的情況，如機器人、傳感器網(wǎng)絡、公共安全監(jiān)控應用、以及作為移動傳感設備使用的智能手機等。

此外，該芯片也可與諸如IBM Watson等其他認知計算技術(shù)結(jié)合使用，可實現(xiàn)具有學習和推理能力的系統(tǒng)，幫助人類做出更佳的決策。

每個TrueNorth芯片都包含100萬個可編程神經(jīng)元(是當今現(xiàn)有最大神經(jīng)突觸芯片的16倍)及2.56億個突觸。54億個晶體管使該芯片成為迄今世界上制造的最大的數(shù)字集成電路之一。

通過將數(shù)十或數(shù)百個TrueNorth芯片平鋪于電路板上，您能夠快速擴展至超級計算級能力。設想一下，這樣就能夠通過全世界每一臺電波望遠鏡實時分析來自外太空的所有數(shù)據(jù)。卓越的能效與強大的數(shù)據(jù)處理能力對該芯片而言同等重要。單個TrueNorth處理器僅需消耗70毫瓦的電力。進行生物實時運算時，基于該芯片的計算機的能效比傳統(tǒng)系統(tǒng)低數(shù)個數(shù)量級。

以下是該芯片的工作原理：

諸如攝像機等傳感設備將檢測到的信號發(fā)送至布滿神經(jīng)元和突觸的片上網(wǎng)絡。這些信號被轉(zhuǎn)換成尖峰電流，沿著與人腦軸突線對應的電線流動，和與人腦神經(jīng)元對應的數(shù)字交換機接觸，然后根據(jù)其組成和強度，通過虛擬軸突和突觸分散至其他神經(jīng)元。通過這種方式，神經(jīng)網(wǎng)絡將能夠了解信號模式并且通過識別重復模式進行學習。

三星電子采用其先進的28納米CMOS技術(shù)——當今制造芯片的主流方法，為IBM公司制造該芯片。

SyNAPSE團隊還開發(fā)了軟件生態(tài)圈來幫助TrueNorth技術(shù)付諸于實踐，包括名為“Compass”的模擬器以及名為“Corelet”的編程環(huán)境。該編程環(huán)境允許應用程序開發(fā)者創(chuàng)建可復用的軟件模塊，進行實時視頻分析、信號處理、以及對象檢測、分類和識別。

我能設想出TrueNorth的多種用途。例如幫助盲人看見東西的智能眼鏡。這種眼鏡將能夠通過實時視頻分析來幫助佩戴者繞過障礙物，甚至通過入耳式接收器聽到其他人竊竊私語的關(guān)鍵信息。再或者像便攜式健康診斷設備。

若在醫(yī)院手術(shù)室使用TrueNorth系統(tǒng)會怎樣?在探查手術(shù)中，醫(yī)生能夠?qū)θ梭w組織樣本進行實時分析，從而降低組織切除或二次手術(shù)的需求。

汽車制造商可以使用該芯片來幫助試駕未來的無人駕駛汽車。當今的試驗性車輛根本無法像人類那樣真正“看清”道路。他們必須通過編程對各種路況做出反應。基于該芯片技術(shù)的系統(tǒng)將能夠自行了解路況并對意外情況熟練地做出反應。

您可以使用數(shù)千個此類芯片建造出非常強大的超級計算機。

而且，我敢保證TrueNorth有朝一日會用于智能手機中;您可以設想一下，快速輕松完成身份鑒定的面部識別系統(tǒng)、或者能夠嗅出空氣中污染源、漏氣點或其他有毒物質(zhì)的系統(tǒng)。

當SyNAPSE團隊于8年前開始這項工作時，人們普遍認為他們不會取得成功，但Dharmendra和他的團隊做到了。他們設計出該芯片并且圍繞其構(gòu)建了技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)。

他們實現(xiàn)了科學界長久以來的夢想。雖然這只是類人腦技術(shù)研究過程中的第一步，但我們已經(jīng)真正踏上了通往計算新時代的道路。