人脑算力究竟有多强？1000 到 100万 TOPS 的秘密！

在人工智能的语境里，“算力”是个绕不开的词。GPU 用TOPS（Tera Operations Per Second，每秒万亿次运算）来衡量计算速度。那么，如果把人类大脑也放到这套体系里，它的算力到底能达到什么程度？

1. 人脑的基本“硬件参数”

神经元数量：约860亿

突触数量：约100万亿（10^14）

单个神经元的放电频率：平均 0.1 ~ 200 Hz，极限约 1000 Hz

信号传递速度：1 ~ 120 m/s

功耗：约 20W（安静状态时）

类比计算机：

神经元 ≈ CPU/GPU 核心

突触 ≈ 总线与缓存连接

神经递质 ≈ 信号协议/电流脉冲

2. 人脑算力的科学估算

科学界没有统一结论，以下几种计算方法常见：

方法一：突触活动量估算

100万亿个突触

平均每秒 10 次信号传递

结果 ≈ 10^15 次运算/秒 ≈1000 TOPS

方法二：神经元计算量估算

假设每个神经元平均 1000 个突触

神经元每秒 100 次放电

860亿 × 1000 × 100 = 8.6 × 10^15 ≈1万 TOPS

方法三：能量消耗对比

大脑 20W 功率

若等效于数字电路，计算效率 ≈ 10^17 ~ 10^18 ops/s

换算 ≈10万 ~ 100万 TOPS

综上，人脑算力估算范围：1000 ~ 100万 TOPS。

3. 人脑算力的体现

(1) 并行计算

人脑不是串行的 CPU，而是数百亿核心的超级并行处理器。例子：开车时可以同时看路、听声音、踩刹车、聊天。

(2) 高能效比

人脑：1000+TOPS，功耗 20W

GPU：1000TOPS，功耗 300W 以上能效比差了一个数量级。

(3) 模式识别与预测

人脑擅长“模糊输入 → 精准识别”：

模糊背影认人

听半句话补全语义

一次经验就能预测下一次结果

(4) 少样本学习

AI 模型需要上万样本才能识别“猫”，小孩只看几次就能掌握。

(5) 自适应与冗余

每天都有上万个神经元死亡，大脑依旧稳定工作。受损后还能通过神经可塑性重组功能区。

4. 人脑算力的“隐形功能”

人脑的算力不仅体现在数字上，还体现在它能完成的复杂任务上。比如：

跨模态融合：大脑能把视觉、听觉、触觉的信息同时整合，比如你能在嘈杂的餐厅里，通过看嘴型和听声音来理解对方说话。

上下文推理：看到“一只猫钻进了箱子”，哪怕没看到后续画面，你也能自然地想象猫在箱子里。

创造力与抽象：不仅能识别已知模式，还能发明新概念，比如数学公式、诗歌或机器设计。

这些能力在 AI 模型里往往需要单独模块、庞大算力和大量数据才能勉强模拟。

5. 人脑算力与“时间效率”

数字芯片的计算速度以GHz为单位，而神经元的放电频率只有百 Hz，看似“慢如蜗牛”。但大脑的秘诀在于：

极端并行：数百亿神经元同步运作，弥补了单个神经元速度的不足。

稀疏编码：不是所有神经元同时全速工作，而是根据任务动态激活最合适的网络，这大大节省了能量。

预测先行：大脑并非等信息“全部到齐”才处理，而是实时预测和补全，例如看到几帧画面，就能预判下一个动作。

因此，大脑虽然频率低，但在“反应速度”上依旧比芯片灵活。

6. 人脑与 AI 的差距与启发机

虽然人脑的算力远超现有芯片，但在工程上它也有“短板”：

精确数值运算差：人脑不擅长高精度计算，比如复杂的积分、矩阵运算，需要借助工具。

存储不可控：人类记忆会遗忘、篡改，而计算机存储能长期保持原样。

可编程性不足：人脑无法像芯片一样按指令严格执行逻辑。

这也恰好说明了：

芯片更适合数值计算与逻辑控制；

人脑更擅长模式识别、预测与创造。

AI 芯片的发展趋势，也正是向“脑式计算”学习：更多并行、更低能耗、更强适应性。

7. 工业智能的“类脑实践”机

虽然人脑的算力远超现有人工智能芯片，但在工业和边缘计算场景中，几十 TOPS 的算力也能完成非常多的任务。例如，深圳市钡铼技术有限公司的产品就很好地体现了这一点：

ARMxy 系列 BL410：内置1TOPS NPU，可以完成视频分析、人脸识别、图像分类等智能任务，适用于工厂自动化、边缘计算、AIoT 等场景。

BL450：拥有6 TOPS NPU，算力更强，能够处理更复杂的深度学习模型，实现多路视频分析、机器视觉检测、智能决策等功能。

这说明，即便算力远低于人脑，合理设计和优化算法，工业 AI 依然可以在实际应用中发挥巨大价值，让机器具备感知、分析和决策能力。

审核编辑 黄宇