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        我科學家首次提出“類腦計算完備性”

        2020-11-02 12:35:32鄧暉
        科學導報 2020年67期
        關鍵詞:計算機領域類腦層次結構

        鄧暉

        我科學家在類腦計算體系結構領域再獲突破性進展。清華大學計算機科學與技術系張悠慧團隊、精密儀器系施路平團隊與合作者首次提出“類腦計算完備性”以及軟硬件去耦合的類腦計算系統(tǒng)層次結構,填補了類腦研究完備性理論與相應系統(tǒng)層次結構方面的空白,利于自主掌握新型計算機系統(tǒng)核心技術。該成果于10月14日以《一種類腦計算系統(tǒng)層次結構》為題發(fā)表在《自然》雜志上。

        類腦計算是借鑒生物神經系統(tǒng)信息處理模式和結構的計算理論、體系結構、芯片設計以及應用模型與算法的總稱。近年來,類腦計算研究受到越來越多的關注。歐盟人腦旗艦研究計劃項目指出:“在未來10到20年內,誰要引領世界經濟,誰就必須在這個領域領先。”

        張悠慧介紹,在通用計算機領域,圖靈完備性和馮·諾依曼體系結構是其能夠飛速發(fā)展并持續(xù)繁榮的關鍵因素,前者用來判斷計算系統(tǒng)能否用來解決任何計算性問題,后者則是通用計算機應用運作的體系結構:“兩者使通用計算領域在軟件層、編譯層和硬件層有了統(tǒng)一范式,使不同層次各自發(fā)展而又可以無縫兼容。”

        但現(xiàn)有類腦計算系統(tǒng)方面的研究多聚焦于具體芯片、工具鏈、應用和算法的創(chuàng)新實現(xiàn),對系統(tǒng)基礎性問題,如計算完備性、系統(tǒng)層次結構等思考不足,沒有形成公認的技術標準和方案,導致軟硬件緊耦合、應用范圍不明確等一系列問題。

        為此,上述研究團隊提出了“類腦計算完備性”概念。相對于通用計算機,這一定義放松了對系統(tǒng)計算過程和精度的約束,并提出了相應的系統(tǒng)層次結構:圖靈完備的軟件模型,類腦計算完備的硬件體系結構,以及位于兩者之間的編譯層。通過構造性轉化算法,任意圖靈可計算函數(shù)都可以轉換為類腦計算完備硬件上的模型,這意味著類腦計算系統(tǒng)也可以支持通用計算,極大地擴展了類腦計算系統(tǒng)的應用領域,使類腦計算軟硬件各自獨立發(fā)展成為可能。

        “通俗來講,‘完備性可以回答系統(tǒng)能夠完成什么、功能邊界在哪里等問題。”張悠慧介紹,如果說“圖靈完備性”是通用計算機領域的“圭臬”,“類腦計算完備性”則希望能為類腦計算系統(tǒng)領域的發(fā)展提供一個“準繩”。

        審稿人認為,“這是一個新穎的觀點,并可能被證明是神經形態(tài)計算領域以及對人工智能的追求的重大發(fā)展”。

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