类脑计算:冯诺依曼围墙之外的AI新方向

# 类脑计算:冯诺依曼围墙之外的AI新方向 ## 摘要 当前大模型火遍全球,但背后的冯诺依曼架构瓶颈已经越来越明显。类脑计算作为被业内寄予厚望的下一代计算路线,到底解决什么问题?走到了产业化的哪一步?本文梳理技术边界、产业现状和未来走向,剥去概念炒作的外壳,看类脑计算的真实价值。

为什么要费劲搞类脑?现在的AI不好用吗?

ChatGPT出来之后,所有人都感叹AI进步太快。但是你知道训练一次GPT级别的大模型要花多少电吗? 有公开估算的数据,整个训练过程的能耗超过1亿度,抵得上一个普通县城整整一年的居民用电。 太夸张了。 我们的人脑,区区1.5公斤,满负荷运行一天也就耗掉不到半斤葡萄糖,换算成功率才不到25瓦。就能支撑你聊天、推理、写代码、认路,还能摸鱼发呆。 这差距,根源在哪?在冯诺依曼架构的天生瓶颈。我们现在用的所有芯片,都是存储和计算分离的,CPU算数据,得先从内存把数据搬过来,算完再搬回去。AI大模型要动用到千亿级参数,每次运算都要海量搬数据,90%以上的能耗都浪费在数据搬运的路上,根本省不下来。 现在芯片制程已经摸到物理极限了,摩尔定律变慢,靠堆晶体管降功耗这条路快走到头了。 那怎么办?有人想到了,我们直接照着人脑的方式造芯片不行吗?
冯诺依曼架构与类脑计算架构对比图
冯诺依曼架构与类脑计算架构对比图

类脑计算到底是什么,它的边界在哪?

很多人一听类脑,就觉得我们要造一个人造大脑出来,要产生意识,那是科幻。 现在我们说的类脑计算,核心其实就是两个方向:要么是结构类脑,模拟人脑神经元和突触的连接方式,用脉冲信号编码信息,也就是业内说的脉冲神经网络,神经元只有收到足够多的脉冲才会激活,大部分时候都是休眠的,天然就是稀疏激活,功耗自然低。要么是功能类脑,借鉴人脑的认知机制,比如无监督学习、动态推理这些,优化现有的AI算法。 它不是要替代现有AI,更不是要直接造出来一个和人一样的智能。它解决的核心痛点,就是低功耗场景下的AI推理问题,这是它的技术边界,别瞎吹。 现在的瓶颈也很明确。硬件上,模拟突触的核心器件忆阻器,良率一直上不去,大规模集成的成本还很高,没法像GPU那样量产。软件上,脉冲神经网络的训练方法还不成熟,效果现在还打不过成熟的深度学习,生态也差,没有现成的开发框架,开发者太少。 不过话说回来,这条路方向是对的,只是走起来需要时间。
类脑计算脉冲神经元工作原理示意图
类脑计算脉冲神经元工作原理示意图

产业现状:哪些玩家下场了,落地在哪?

产业现状:哪些玩家下场了,落地在哪?
产业现状:哪些玩家下场了,落地在哪?
现在全球的科技巨头和科研机构都在布局。IBM早早就做出来TrueNorth类脑芯片,英特尔推出了第二代Loihi,国内清华大学的天机芯二代,前几年做的无人驾驶原型演示,当时直接惊了不少人——跑实时目标检测,整个芯片的功耗才毫瓦级,比传统GPU低了足足三个数量级。 现在已经摸到产业化门口的场景,都是对功耗极度敏感的边缘端。比如智能耳机的实时语音降噪,智能门锁的人脸解锁,工业物联网里大量埋在野外的传感器节点,这些地方不需要跑千亿大模型,只需要跑小模型,但是要求一颗电池用三五年,类脑芯片天生就适合。 还有航天领域,卫星上的供电本来就紧张,航天器的深空探测,对芯片功耗和抗干扰要求极高,类脑计算在这里已经有试点项目了。 当然,问题也不少。整个产业链还没成型,上游器件良率上不去,中游没有统一的架构标准,下游找不到足够大的出货量摊薄成本,现在大部分还是科研阶段,只有少量小众场景在用。 至于伦理风险?现在说意识觉醒还太早,太早了。但是有一个问题要提前说:类脑计算的自主学习特性,未来如果用到自动驾驶、医疗这些敏感领域,出了问题责任是谁的?这个治理框架现在完全空白,得提前铺路子。

未来三五年:别等革命,先看补位

未来三五年:别等革命,先看补位
未来三五年:别等革命,先看补位
说实话,我见过太多吹类脑计算是下一代AI革命的PPT,圈钱的多,干实事的少。 未来三五年,类脑计算绝对不可能替代GPU,也不可能抢了现有AI的饭碗。它最大的可能性,就是做补位。 在低功耗边缘AI这个细分赛道,慢慢替代传统的AI芯片,先从消费电子、工业物联网这些场景切进去,慢慢做大出货量,摊低成本,优化工艺。 估摸着三五年内,我们就能买到内置类脑芯片的智能手表,续航能从一周涨到一个月,不是什么天方夜谭。再往后,慢慢渗透到汽车电子、航天军工这些领域。真正能跑大模型的通用类脑计算,没有十年以上根本不用想。 资本别太急,从业者也别慌,这本来就是一条慢赛道。 ## 结语 冯诺依曼架构给我们带来了一百年的信息革命,现在它已经被能耗逼到了围墙边上。类脑计算不是唯一的出路,却是目前看起来最有希望的一条。它不完美,还很稚嫩,满是瓶颈,但总比在围墙里面绕圈强。至于能不能走通,时间会给答案。

作者|大讲堂

排版|大讲堂

审核|满满

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文章名称:类脑计算:冯诺依曼围墙之外的AI新方向
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