咖啡馆聊类脑计算:它真能造出"活着的芯片"吗?

上周六,南京鼓楼的梧桐落了半街,我和做芯片的老陈挤在巷子口的小咖啡馆,他从帆布包掏出个塑封袋,里面裹着一块指甲盖大小的裸片。”这就是我们刚打回来的类脑样片。”他抿了一口冷掉的美式,指尖沾了点奶泡,蹭在塑封袋上留下一道印子。我凑过去看,除了密密麻麻的针脚,看不出和别的芯片有啥区别。但老陈说,这玩意儿里面的连接方式,和我们用了几十年的电脑芯片,根本不是一回事。

为什么非要折腾类脑?原来老架构卡了脖子

我们现在用的所有电脑手机,都是冯·诺依曼架构,核心就是存储和计算分开。你要算个东西,得先把数据从硬盘内存搬到计算单元,算完了再搬回去。就像你开了个饭馆,灶在东头,菜库在西头,厨师炒一个菜就得跑一趟菜库拿料,越忙跑的次数越多,费时间还费力气。 这个问题就是大家常说的冯·诺依曼瓶颈。现在AI大模型火了,一天跑下来的电费够一个小家庭用一年,说白了就是大半的电都耗在来回搬数据上了,真用来计算的电还不到一半。
冯诺依曼架构存储计算分离示意图
冯诺依曼架构存储计算分离示意图
那能不能把菜库和灶放一块儿? 类脑就是这么干的。人脑从来不分什么存储单元计算单元,每个神经元自己就能记东西能算,靠突触连起来,兴奋了就传信号,不兴奋就歇着,功耗低得离谱——你脑子一天想东想西,也才耗二十多瓦电,比个小台灯还少。说实话,这点真的把所有芯片设计师都馋哭了。

别被骗了,类脑计算不是造个”人造人脑”

我之前看好多自媒体吹,说类脑就是要在芯片上复刻整个人脑,不出十年就能产生意识,听得我头都大。很多人对类脑的第一个误区就在这儿。我们说的类脑,根本不是要拼出来一个和你我脑子一模一样的东西,太扯了。只是模仿人脑”计算存储一体”+”脉冲信号传递”这两个最核心的特点。
类脑芯片神经突触连接示意图
类脑芯片神经突触连接示意图
人脑里的神经脉冲,不是什么时候都在发,只有刺激攒到一定阈值才会发一次,大部分神经元都是闲着的,自然省电。现在的类脑芯片,就是用微电子器件模拟这种突触,每一个突触自己就能存权重——也就是我们说的”知识”,不用去别的地方调。跑AI推理的时候,信号顺着连接走一遍就算完了,不用来回搬。 你说爽不爽? 不过话说回来,现在最先进的类脑芯片,集成的突触数量,和人脑的八十万亿比,还差着好几个数量级呢。要真说复刻人脑,那还早得很,早到不知道什么时候能成。对吧?很多项目拿这个当噱头骗投资,真没必要。 去年我在南京的科技沙龙上见过一块流片回来的测试样片,指甲盖大小,上面集成了几十万模拟突触,跑简单图像识别的功耗,只有普通手机芯片的百分之一。性能不比传统芯片差,功耗压得极低。速度还快了好几倍。当时现场静了半分钟,然后有人鼓掌,手都拍红了。

现在的类脑,能用在什么地方?别等通用AI,先看小地方

现在的类脑,能用在什么地方?别等通用AI,先看小地方
现在的类脑,能用在什么地方?别等通用AI,先看小地方
别觉得类脑还全是实验室里的概念,其实已经悄悄用起来了。 比如现在很多做超低功耗物联网传感器的,都在试类脑芯片。放在野外监测动植物的摄像头,靠一块指甲盖大的太阳能小板就能工作好几年,换成传统芯片,三个月就没电了。还有智能穿戴里的语音唤醒,用类脑芯片做,功耗能压到微瓦级别,耳机不用天天充,放那半个月都有电。 还有做机器人的,足式机器人走路要实时调整平衡,传感器一秒传几千次数据,类脑处理起来又快又省,比传统架构适配多了。我之前见过一个做神经假肢的团队,用类脑芯片做接口,能直接和人体的神经信号对接,延迟比传统接口低了一大截,瘫痪的病人能自己拿杯子喝水,误差很小。我当时看那个测试视频,鸡皮疙瘩都起来了。原来技术真的能落地,不是网上那些吹出来的空中楼阁。 类脑现在也有绕不开的问题。比如现在做类脑,工艺还不稳定,大规模量产的成本比传统芯片高太多,很多样片性能看着好,一量产就一堆次品。还有,现在大部分成熟的AI模型都是基于传统架构训的,要把这些模型搬到类脑芯片上,还要重新适配适配,很多算法团队不愿意折腾,改框架太耗时间精力了。 那类脑未来就没希望吗? 也不是。其实不用非得盯着人造意识、通用AI那个看不见的饼,哪怕就解决边缘设备的功耗问题,就已经够有用了。现在大家都在说AI要端侧化,要放到每个人的手机耳机里,不能什么都跑云端,端侧最缺的就是低功耗,类脑刚好踩在这个点上。 那天老陈说,他们现在做的就是给端侧AI做小的类脑芯片,不求能干得过超级计算机,就求一块电池能用一年,这不就够了吗? 梧桐叶飘进来,落在桌子上,老陈把那个样片塞回帆布包,说下次流片成功了,带我去实验室看跑测试。我那时候突然觉得,好的技术从来不是一蹴而就的,不像网上吹的那样,明天就要颠覆世界,都是一群人在实验室慢慢磨,磨出来的。类脑计算也是这样,它可能不是通向人造意识的那条路,但说不定就是解决下一个十年AI功耗问题的钥匙。 谁知道呢?走着看吧。

作者|科技

排版|科技

审核|阿辰

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