蹲实验室盯了3天类脑计算:它从一开始就没打算复刻人脑

刚坐下来的时候,我还以为看错了。 9月23号在南京紫金山的园区,我赶在入秋的第一波降温前,蹭进了紫金山实验室类脑方向的开放工位。旁边的博士刚把一块指甲盖大的芯片插进测试座,没有像常规GPU那样配着呼呼转的大散热扇,旁边连个常规的功耗采集终端都没架,屏幕上跳的也不是大家熟悉的大模型推理token计数,是一长串跟人脑神经元放电波形几乎一模一样的锯齿状折线。

别被名字骗了:它根本不想做“人工大脑”

很多人第一次听“类脑计算”,第一反应是要造个跟人一模一样聪明的人工大脑,能聊天、能创作、能跟人共情那种。真不是。 类脑计算的核心出发点,是解决现有冯·诺依曼架构绕不开的“内存墙”死穴。 现在我们用的所有通用芯片,不管是手机里的处理器,还是跑大模型的GPU,计算单元和存储单元都是分开的。每次要算点什么,都得先把存在存储器里的数据搬到计算单元,算完再把结果搬回存储器存好。这一搬,能耗就上去了——之前跟做芯片的朋友算过一笔账,跑一次矩阵乘法,真正花在计算上的能耗,还不到整个流程总能耗的1%,剩下99%的电,全耗在来回搬数据的路上了。
冯诺依曼架构与类脑芯片功耗对比示意图
冯诺依曼架构与类脑芯片功耗对比示意图
人脑为什么没这毛病? 因为人脑的计算和存储根本是焊在同一个地方的。每个神经元自己既存着收到的信号,又当场完成信号处理,根本不需要来回跑着“搬数据”。你算过没有,人脑满负荷运转的总功耗才20瓦,跟书桌上的节能台灯差不多,能同时处理视觉识别、听觉感知、记忆调取、情绪反应一大堆事。现在单张跑大模型的主流GPU,功耗就有几百瓦,整个服务器集群的功耗更是动辄几十千瓦,跑同样规模的视觉识别任务,能耗效率连人脑的百分之一都赶不上。 我当时盯着测试屏上跳的功耗数字看了快十分钟,真的愣了。 那块指甲盖大的类脑芯片,跑同样的林间烟雾识别任务,总功耗才18毫瓦。啥概念?接在普通手机的满电电池上,能连续不间断跑大半年不用充电。

实验室里的“笨办法”,反而绕开了大模型的死胡同

最开始做类脑方向的那批人,真的想过1:1复刻人脑——把人脑里八百多亿个神经元、上万亿个突触,挨个在芯片上对应出来。算到最后大家发现根本不现实,真要做出来这么个芯片,光供电和散热的成本,就能占满整栋教学楼,更别说落地用了。 现在走的路子其实野得多。根本不追求跟人脑结构完全一致,就抓两个最核心的运行特性。一个是脉冲式放电:不是像现在的芯片那样,不管有没有有效信号,都一直保持满负荷运算输出,而是只有当接收到的信号强度达到阈值,才会跳一下输出脉冲,没信号的时候就安安静静待着,几乎不耗电。另一个是突触的可塑性:两个神经元之间的连接强度,会根据之前收到的信号自动调整,不需要人从头到尾把所有判断规则写死在代码里。
脉冲神经网络神经元放电波形图
脉冲神经网络神经元放电波形图
说个已经落地的例子。 他们现在跟福建林区合作的森林防火监测点,之前用常规的GPU摄像头,要24小时满负荷运行,拍的每帧画面都要传到后端服务器算有没有烟雾,功耗高不说,林区里拉电线接网根本不现实,最后全靠人扛着设备上去换电池,维护成本高得离谱。 换了类脑芯片的摄像头之后,整个芯片99%的时间都在“睡觉”。只有当画面里出现符合烟雾特征的动态变化时,才会被对应的脉冲信号唤醒,快速算一下是不是真的火情,整个设备靠一块巴掌大的太阳能板,就能撑一整年不用换电池。 说实话,我之前总觉得这种前沿技术离普通人远得很,结果人家早把设备装到林子里跑了两年,根本不是停在论文里的花架子。

别吹得太神:它现在还离“通用智能”远得很

现在外面的宣传总把类脑计算吹成下一代人工智能的终极答案,好像再过个三五年就能取代GPU、取代大模型似的。真坐下来跟实验室的人聊半小时就知道,这种说法纯纯是蹭热度。 类脑芯片现在擅长的,全是低功耗、对实时性要求高、不需要太复杂深度推理的场景——比如林区监测、可穿戴设备的健康信号采集、工业设备的振动故障预警。你让它现在去跑千亿参数的大模型推理,它根本接不住。毕竟它的架构天生是为稀疏的脉冲信号设计的,那种需要密集矩阵计算的任务,跑起来效率还不如普通的家用CPU。 我当时跟那个带我的博士聊,他说最烦外面写“类脑芯片将颠覆整个计算行业”的稿子。扯啥呢——两者根本不是替代关系,是搭伙干活的关系。以后的计算架构,肯定是混着来的:需要密集跑大模型训练和推理的部分,还是交给GPU扛着;需要长期挂在端侧、对功耗敏感、要求实时响应的部分,就交给类脑芯片跑,谁也别抢谁的饭碗。 翻了翻他们实验室的测试记录,从2017年第一次把第一块能跑简单脉冲逻辑的芯片流片出来,到现在能实际落地到林区的监测设备,整整走了6年。中间踩的坑多了去了。最开始做的芯片,突触的可塑性根本不准,环境温度变高个两三度,神经元放电的阈值就飘了,测出来的结果根本没法用;后来好不容易把稳定性调好了,接传感器的时候又发现,传统传感器输出的是连续的模拟信号,跟芯片要的脉冲信号对不上,又花了一年多打磨信号转换的接口。 我当时问他,那你们做这个,最终是想做到啥程度? 他靠在椅子上笑,说哪有什么终极目标。我们又不是要造个跟人一样会聊天的大脑,就是想把现在那些算起来太费电的场景,换个更省的法子跑。以后你戴的智能手表,测心率、测睡眠,不用每天充一次电,靠人体散的体温差就能供电;马路上的摄像头,不用专门拉网线接电,靠太阳能就能24小时盯着有没有交通违章,这些事类脑芯片现在就能做,根本不需要等到什么通用智能实现的那天。 从实验室出来的时候,南京刚好下了点小雨,风一吹裹着满街的桂花香。 我之前总觉得科技的进步是那种轰隆隆的大场面,是发布会上亮出来的漂亮跑分,是动辄千亿的参数规模。结果蹲了这三天才发现,真正离普通人近的技术,从来都不是喊着要颠覆世界的。它就是安安静静待在指甲盖大的芯片里,不吵不闹,把之前要耗掉100倍电的事,用一丢丢电就干完了。 走的时候那个博士塞给我一个他们做的测试小demo,指甲盖大的小灯,接了块最小的类脑芯片,手晃一下就亮,不晃就灭。现在我还把它别在钥匙扣上,每次开门看到它闪一下,就想起那天实验室屏幕上,一整墙跳着的、像星星一样的脉冲波形。

作者|科技

排版|科技

审核|柚子

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