神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以說(shuō)是 AI 熱潮中最璀璨的一顆明珠，它可以處理大量的數(shù)據(jù)，也可以識(shí)別語(yǔ)音或者圖像，而且都可以達(dá)到幾乎完美的精度。

　　但目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題在于：這種基于人腦結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模型是構(gòu)建在軟件而非硬件上的，而軟件在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)芯片上運(yùn)行。換句話說(shuō)，相對(duì)緩慢的傳統(tǒng)硬件架構(gòu)限制了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)揮。

圖丨筆跡數(shù)據(jù)集

　　而 IBM 研究表明，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分直接構(gòu)建在硅晶體上可以將效率提升百倍。這種直接將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包含在硬件上的芯片在未來(lái)幾年或?qū)O大促進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展。

　　與寫(xiě)在軟件里的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似，IBM 芯片亦是模仿生物大腦中連接各個(gè)神經(jīng)元的突觸，通過(guò)調(diào)節(jié)突觸連接的強(qiáng)度來(lái)讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)。在生物大腦中，神經(jīng)元間的連接會(huì)隨著時(shí)間生長(zhǎng)或消亡，這正是學(xué)習(xí)的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程很容易在軟件中實(shí)現(xiàn)，但難以在硬件中實(shí)現(xiàn)。而 IBM 芯片的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀。

　　在《自然》雜志發(fā)表的一篇研究論文中，IBM 研究人員展示了微電子突觸。他們的研究靈感來(lái)自神經(jīng)科學(xué)，通過(guò)使用長(zhǎng)期和短期兩種突觸，長(zhǎng)期突觸用于記憶，短期突觸用于計(jì)算。美國(guó)科學(xué)和技術(shù)研究院的研究員 Michael Schneider 目前從事受神經(jīng)科學(xué)啟發(fā)的計(jì)算機(jī)硬件的研究。他說(shuō)這種雙類(lèi)突觸的方法解決了一些在硅晶體中構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問(wèn)題，其中最值得注意的是精度過(guò)低的問(wèn)題，正是這些問(wèn)題過(guò)去耗費(fèi)了研究者們大量的時(shí)間和精力。

　　研究人員測(cè)試了用兩個(gè)簡(jiǎn)單的圖像識(shí)別任務(wù)來(lái)構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)是手寫(xiě)文字識(shí)別，另一個(gè)是彩色圖片分類(lèi)。測(cè)試結(jié)果表明硬件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精度與軟件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)，但其耗能僅為軟件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的百分之一。

　　這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)的意義并不只在 AI 技術(shù)而已。如果這項(xiàng)研究最終能用于生產(chǎn)，意味 IBM 下對(duì)了賭注。盡管目前 IBM 不銷(xiāo)售計(jì)算機(jī)芯片，但他們一直在投資研究計(jì)算機(jī)硬件，試圖發(fā)明出全新微電子元件，并推動(dòng)公司進(jìn)一步的發(fā)展。這項(xiàng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)或許就是第一步，它使機(jī)器學(xué)習(xí)更加高效，并且更易于部署在智能手機(jī)等小型設(shè)備上。

　　Schneider 表示：“能耗有一百倍的優(yōu)化，對(duì)于全連接層的訓(xùn)練速度也快一百倍，這樣的目標(biāo)當(dāng)然值得進(jìn)一步的努力。”然而，并非每個(gè)人都買(mǎi)這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)的賬。斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)研究員 Kwabena Boahen 說(shuō)，這項(xiàng)研究讓他想起一種名為“憶阻器”的可調(diào)式晶體管，這種晶體管有點(diǎn)類(lèi)似于突觸，曾幾何時(shí)也有鋪天蓋地的宣傳和熱度，然而十多年來(lái)這項(xiàng)技術(shù)卻無(wú)甚發(fā)展。

　　IBM 芯片的設(shè)計(jì)相對(duì)笨重，它由五個(gè)晶體管和三個(gè)其他組件組成，如果是普通芯片就只會(huì)有一個(gè)晶體管。另外，迄今為止該系統(tǒng)的某些部分僅進(jìn)行了仿真測(cè)試，IBM 仍然需要制作一個(gè)完整的芯片并進(jìn)行實(shí)際測(cè)試才行。雖然有一些問(wèn)題亟待解決，但對(duì)于實(shí)現(xiàn)“AI 芯片計(jì)算機(jī)”來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究仍然可能是重要的一步，也是受生物學(xué)啟發(fā)的一步。