深扒全球仿生芯片计划！15+公司已入局，人造大脑通往未来计算之门

智东西（公众号:zhidxcom）
文 | 心缘

“我们进入的新时代是生物技术时代，这将改变人类的意义。”

今年2月，在风险投资公司Platform Capital组织的“非洲崛起系列”鸡尾酒会上，尼日利亚神经科学家阿加比（Agabi）激情澎湃地发表演讲。

他所创立的公司Koniku研发了一种特殊的芯片Koniku Kore，将活的转基因脑细胞与传统硅融合在一起。阿加比说，该芯片通过检测人体释放的挥发性有机化合物，能检测从肺癌到新冠肺炎的一系列疾病。

不管是构成还是外观，这个形如蓝色冰冻水母的芯片都颇具科幻色彩。但从已透露的信息来看，Koniku Kore并不是纸上谈兵，它在医疗、农业、军事及机场安检等领域的落地前景，已经吸引多家知名公司的青睐。

其早期的客户包括埃克森美孚、保洁、制药公司阿斯利康、全球化学品制造商巴斯夫等。近期新加坡樟宜机场也使用了Koniku的技术，用于防控新冠肺炎传播。

Koniku并非个例，人脑作为自然界最复杂的结构体之一，已经启发了太多不可思议的奇妙想法。

刚刚过去的2020年前4个月，在将生物神经元与硅芯片结合的前沿技术领域，创新的波澜正涌动不息。

一、打破脑科学与微电子学的界限

“在已知的宇宙中，人类的大脑是最复杂的东西，它复杂得让试图解释它的简单模型可笑，让精致的模型无用。”

这是杜克大学认知神经科学中心的斯科特·胡特尔被广为引用的一句名言。

迄今为止，人的大脑仍是一片生长着无数未解之谜的原野，无人能窥得它的全貌。但科学家们从未停止探索人脑奥秘的脚步，不仅尝试破解生命科学的密码，在脑重大疾病研究方面有所突破，而且试图模仿已知的神经元活动，打造类脑的计算机系统。

如今计算机界的“当红炸子鸡”人工智能，其广泛应用的神经网络，即是模拟人脑神经处理机制的典型代表。2016年阿尔法狗（AlphaGo）击败围棋冠军李世石的那一刻，人工智能披上新的荣光，人创造出的非生命体具备了媲美人类的“高智商”。

但在能耗上，阿尔法狗输得不是一点点。据科技公司Ceva估算，AlphaGo在下棋过程中约消耗1兆瓦的电能，相当于一天约100户家庭的供电量。相比之下，包含超过1000亿个神经元的人脑，消耗的功率仅20瓦，只有AlphaGo所消耗能量的5万分之一。

当今人工智能（AI）芯片努力进化的两个方向，一是更快的计算速度，二是更低的功耗。如果向大脑神经元活动取经，是不是能做出兼顾高算力和低功耗的芯片？

两种不同的思路开始在研发道路上激起火花：一种是将生物神经元与传统半导体结合的生物计算，另一种则是用微电子技术来模仿神经元信息处理机制的类脑计算。

二、生物计算：碳基神经元+硅基半导体

脑功能的实现依赖于神经元和突触组成的神经网络，突触起到将信息传输与记忆存储处理相结合的关键作用。

受大脑启发，一些研究人员尝试建立生物神经元与硅神经元之间的连接，以推进脑机接口、超低功耗混合芯片等前沿技术的发展。

今年2月底，《自然》旗下期刊《科学报告》刊登了一项由英国、瑞士、德国和意大利科学家联合推进的实验，用纳米级忆阻器模拟生物突触的基本功能，连接大鼠神经元和人工神经元，使得这些神经元通过互联网可以实现双向实时通信。

“我们首次证明，芯片上的人工神经元可以与大脑神经元相连，通过使用相同的’脉冲’语言进行交流。”意大利帕多瓦大学生物医学科学系教授Stefano Vassanelli说。

▲纳米电子突触在混合网络中连接硅和大脑神经元

这种“混合大脑”能让大脑神经网络和AI神经网络相互理解，从长远来看，Vassanelli称其想法是利用人工脉冲神经网络来恢复帕金森氏症、中风或癫痫等局部脑疾病的功能。

Vassanelli指出：“一旦植入到大脑植入物中，硅脉冲神经元将充当一种神经假体，人工神经元将自适应地刺激功能失调的神经元，促进功能恢复，甚至能挽救功能丧失。”

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-020-58831-9#Bib1

这项研究是想用人工神经元来补救出毛病的生物神经元，也有科学家将真正的生物神经元和传统硅计算系统集成在一起，试图打造突破传统芯片限制的超级计算芯片。

澳大利亚初创公司Cortical Labs在今年4月宣布制造第一款混合计算机芯片，并在训练该芯片玩雅达利祖师爷级乒乓球游戏《Pong》。

其官网上列举了生物计算的四个优势：流体智能、比数字电路更稳健、可扩展、功效高。

（1）流体智能：生物神经网络具备自组织特性，不依赖所需知识即可解决陌生问题。

（2）鲁棒性：与数字电路不同，生物网络对物理损伤具有很强的抵抗力，其适应和重组的能力可以在传统电路失效的地方维持功能。

（3）可伸缩性：生物智能可以从蜻蜓扩展到人类。培养神经元不需要绝对零度的设备或昂贵的纳米级制造单元。

（4）功率效率：人脑有超过十亿的神经元，能耗仅20瓦，生物计算拥有相似的高能效特性。

这家创企在2019年6月成立，已从澳大利亚著名风险投资公司Blackbird Ventures获得了约61万美元的种子资金。

（编辑：555手机网）

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