塑造硅基之脑

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17岁的德尔门德拉·莫德哈正在孟买的一家医院里，带领一帮工人刮除铁椅子上的油漆。他很高兴能拥有这份工作，因为它能保证稳定的收入，也能保证安全——在1986年的孟买，一位贫穷少年切合实际的最大追求不过如此。

然而这些年来，当他先是求学于印度最具声望的理工学府之一，继而进入加利福尼亚州圣何塞市的IBM阿尔玛登研究中心，在计算机科学领域取得事业上的成功，胸中的抱负早已远非昔日可比。

近日，这位长着黑色浓眉、留着短发、戴着眼镜的小个子工程师，坐在美国硅谷的办公室里，讲述了他改变计算领域未来的愿景。“我们的任务很明确，”已经44岁的莫德哈拿着一枚有一块金色方框的矩形电路板说道，“我们要让这种芯片无处不在——每一个角落，每一样物体中。我们要让它们成为世界不可或缺的一部分。”

莫德哈展望出一种以这种新型芯片为关键核心的全新计算模式，其计算能力将令现存的任何机器望尘莫及。这种计算模式的模仿对象，正是令当年孟买那位穷苦劳工走向技术革新的重大要塞之一的神奇造物：人脑。

重新发现大脑

人脑消耗的能量大概相当于一枚20瓦的灯泡——这比一台执行人脑级别运算的计算机节省了十亿倍。它又是那么紧凑，能够装进一只两升的汽水瓶里。然而，在5年前，莫德哈意识到，如果世界上最优秀的工程师采用旧的方法上下求索数十载，仍旧无法造出能效及智力可与人脑相比的机器，他们也许就永远都做不到了。

于是他抛弃了过去60年来指导芯片设计和软件开发的许多原则，转而求助于神经学文献。理解脑的不同组件及其互相配合的方式，能够帮助他建造更加聪明、更加节能的硅基机器。

莫德哈的努力正在换来回报。他设计的新型芯片包含的硅基原件，粗略地模仿了碳基脑细胞的物理分布以及之间的连接。莫德哈相信，他的芯片可以用来建造人脑规模的认知计算系统，而能耗只比人脑高100倍。这样的系统将比如今的计算机节能一千万倍。

莫德哈的团队已经演示了一些基础的功能。他们开发的芯片能够学会玩电子游戏《弹跳小球》，而无须程序员明确告知该如何做。在这个游戏里，玩家需要移动屏幕底端的一根长条，准确预测出小球弹起的角度。它们还能够辨识实验室助理用电子笔在平板上潦草写下的阿拉伯数字0至9。

当然，已经有很多工程师实现了这样的壮举——而且令人印象更加深刻。开发算法使计算机根据经验发展出新行为的努力，形成了一门名为机器学习的分支专业。这样的机器已经在国际象棋和智力竞赛节目《危险边缘》中击败了世界上最聪明的头脑。

虽然在教会计算机执行有着明确参数的特定任务，比如侧向泊车或者在百科全书里寻找冷门问题的答案等方面，机器学习理论学家已经取得了进展，但他们的程序还不能让计算机在完全没有预设的情况下形成概念。

莫德哈希望，他的节能芯片能够带来变化。他说：“现代计算机最初被设计用来解决三类基础问题：商业应用，比如记账；科学，比如核物理模拟；还有政府项目，比如社会保险。”

建造硅脑

莫德哈并不是第一个从大脑中汲取灵感的工程师。人们对脑的最小单元——被称为神经元的细胞——执行运算的方式的深刻理解，已经催生出了整个计算科学领域。

是神经元的激发，令我们能够思考、感觉和移动。而这些能力并非源于任何单一神经元的活动，而是来自互联成网的神经元相互传递简单信号的协同工作。

早在1943年，模拟人脑的机器便有了理论上的可能。当时，神经生理学家沃伦·麦卡洛克和数学家沃尔特·匹兹提出了神经网络通过互动相互激发在脑中传递消息的理想化数学方程。

麦卡洛克和匹兹找到了脑和计算机之间的基本相似点。只要有能力问出足够多的“真/假”问题，不管脑还是计算机，最终都应该能够解决哪怕最复杂的问题。

研究者已经模拟了数以亿计一模一样的这种规范电路，也许有一天，这些电路会将一种新型的认知计算机带入现实。但它只是一个模型，运行在慢得令人恼火的古董机器上，永远不会像大脑那样工作，永远无法步入认知的层面。

2008年，美国国防部先进研究项目局（DARPA）宣布了一个旨在为真正的认知计算机制造硬件的计划。第一笔拨款将被用于设计节能芯片，它将成为新型机器的心脏与灵魂——莫德哈美梦成真了。

莫德哈还没有将他的新型芯片及其处理器连接到模拟大脑物理结构的大型网络上。但是他确信，这么做的收益将是巨大的。演化将脑中最有可能沟通的部分放在一起，从而赋予了脑相当节能的解剖结构，因为神经元离得越近，传递信号需要的能量便越少。莫德哈希望通过复制脑的宏观布局，在他以脑结构为灵感的机器中，实现这种以及其他未曾想到的节能特性。

来源：《发现》杂志 编译：秦鹏