达尔文芯片建立引领未来的新型计算机体系架构

近日，浙江大学联合之江实验室共同研制成功了我国首台基于自主知识产权类脑芯片的类脑计算机（Darwin Mouse），我国类脑计算技术发展迎来新里程碑。

浙江大学校长吴朝晖院士表示，人工智能浪潮正加快智能增强时代的到来，类脑计算机将成为未来计算的主要形态和重要平台，将在模拟脑功能、高效实现 AI 算法、提升计算能力等方面发挥重要的独特作用。面向未来，学科交叉会聚将成为解决重大问题的新方法，基于多学科、多领域的系统创新将成为研制类脑计算机的有效形式。希望今天浙江大学和之江实验室的创新一小步，可以成就人类美好生活的发展一大步。

之江实验室主任、浙江大学党委副书记朱世强表示，双方科研团队夜以继日，快速完成了研发设计，这一阶段性成果具有重大里程碑意义。未来，项目团队将基于我国自主产权类脑芯片，研制规模更大的神经元类脑计算机，同时研究支撑其运行与开发的类脑基础软件体系，并逐步实现开源与开放，为我国类脑计算新技术的发展贡献力量。

1.6 米高的三个标准机柜并排而立，黑色的外壳给人酷酷的感觉，红色的信号灯不停地闪烁，靠得近些似乎能听到里面脉冲信号飞速奔跑的声音。

这台类脑计算机包含 792 颗浙江大学研制的达尔文 2 代类脑芯片，支持 1.2 亿脉冲神经元、近千亿神经突触，与小鼠大脑神经元数量规模相当，典型运行功耗只需要 350-500 瓦，同时它也是目前国际上神经元规模最大的类脑计算机。

近年来，浙江大学聚焦人类智能与机器智能等核心领域，实施了简称为“双脑计划”的脑科学与人工智能会聚研究计划，希望借鉴大脑结构模型和功能机制，将脑科学的前沿成果应用到人工智能等研究领域，建立引领未来的新型计算机体系架构。

除打造类脑计算机外，该研究团队还研制了专门面向类脑计算机的操作系统——达尔文类脑操作系统（DarwinOS），实现对类脑计算机硬件资源的有效管理与调度，支撑类脑计算机的运行与应用。目前，该类脑计算机已运行多种智能任务，包括多机器人协同抗洪抢险、听歌识曲、意念打字等。

2015 年和 2019 年浙江大学分别研制成功达尔文 1 代和达尔文 2 代类脑计算芯片，用芯片去模拟大脑神经网络的结构与功能机制，在图像、视频、自然语言的模糊处理中具有优势。而这次的成果是将 792 颗我国自主产权的达尔文 2 代类脑计算芯片集成在 3 台 1.6 米高的标准服务器机箱中，形成了一台强大的机架式类脑计算机。

现有计算机大多基于冯·诺依曼架构，数据存储与计算分离，但随着摩尔定律趋缓，这一传统架构的局限性越来越明显。数据在存储与计算单元间传输所带来的通信带宽、延迟和功耗，已成为影响当代计算机系统性能提高的关键阻碍。

在研究团队负责人、浙江大学计算机科学与技术学院教授潘纲看来，这种计算模式制约了以大数据为代表的计算性能提升。

潘纲认为，数据驱动的智能算法、训练需要海量样本与密集计算，但举一反三、自我学习等高级能力比较差，“现在的机器智能离人的智能差得还很远。”

全球科学家们就如何突破现有计算运行方式导致的计算机瓶颈而言，将目光瞄准到模仿生物大脑这个最初的梦想，通过模拟人脑结构与运算机制来发展新的计算技术，以期实现高能效与高智能水平的计算。

这款达尔文类脑操作系统面向冯·诺依曼架构与神经拟态架构的混合计算架构，实现了对异构计算资源的统一调度和管理，为大规模脉冲神经网络计算任务提供运行和服务平台。项目研究骨干吕攀介绍说：“目前达尔文类脑操作系统的功能任务切换时间达微秒级，可支持亿级类脑硬件资源管理。”

由此，类脑计算机研究的价值真正得以实现——既可以应用于生活中的智能任务处理，也可以应用于神经科学研究，为神经科学家提供更快更大规模的仿真工具，提供探索大脑工作机理的新实验手段。

别看现在的类脑计算机是个“大块头”，科学家们表示，随着达尔文芯片及其他硬件的不断迭代升级，体积缩小将指日可待。未来类脑计算机或将植入手机、机器人，产生新的智能服务体验。

当前，类脑计算研究仍处于初级阶段，与真正的人类大脑还相差甚远。浙江大学和之江实验室研究员的目标是，希望随着神经科学发展和类脑计算机的系统软件、工具链及算法的成熟，有朝一日能够让类脑计算机像冯·诺依曼架构计算机一样通用化，真正像大脑一样高效工作，与冯·诺依曼架构并存与互补，去解决不同的问题。

与硬件上的更新相比，如何让类脑计算机变得更聪明是科学家们下一步研究的重点。
责任编辑:pj