全球ICT產(chǎn)業(yè)峰會(huì)由遠(yuǎn)橋資產(chǎn)與ICT產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，產(chǎn)業(yè)龍頭、科研院所、金融投資機(jī)構(gòu)等聯(lián)合發(fā)起。峰會(huì)一年一度定向邀請(qǐng)數(shù)百位企業(yè)創(chuàng)始人高管參會(huì)，共同分享行業(yè)洞見(jiàn)，觀察技術(shù)趨勢(shì)，探索科技未來(lái)。
自2017年以來(lái)，全球ICT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟匯聚了近千家全球優(yōu)秀科技企業(yè)和上市公司、產(chǎn)業(yè)資本參加，引導(dǎo)著實(shí)體經(jīng)濟(jì)擁抱數(shù)智化，在ICT產(chǎn)業(yè)和資本市場(chǎng)建立了良好的影響力。9月2日,“AI重構(gòu)未來(lái)”2023全球ICT產(chǎn)業(yè)峰會(huì)在蘇州舉行。此次峰會(huì)邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院院士張旭圍繞“類腦計(jì)算與AI未來(lái)”作主題演講，以下是主題演講全文：
今天我很榮幸被邀請(qǐng)與大家分享我們?cè)谀X科學(xué)與人工智能的融合相關(guān)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，尤其是在類腦智能領(lǐng)域。我們將討論類腦計(jì)算的研究進(jìn)展以及在其產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的機(jī)遇和長(zhǎng)足發(fā)展方向。
大腦是最復(fù)雜的信息和智能系統(tǒng)。人類大腦中約有860-1000億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元都連接著近1000個(gè)其他神經(jīng)元形成突觸聯(lián)系，形成了復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這些神經(jīng)元在形態(tài)上多種多樣，分布在大腦中的復(fù)雜系統(tǒng)中。
國(guó)際和國(guó)內(nèi)在腦科學(xué)研究中提出腦連接圖譜的概念，這對(duì)于理解大腦和發(fā)展類腦智能是至關(guān)重要的，一方面是因?yàn)槟X連接和功能的變化與一些疾病存在關(guān)聯(lián)，另一方面與腦機(jī)接口、智能計(jì)算科學(xué)密切相關(guān)。在腦科學(xué)/神經(jīng)科學(xué)和人工智能的發(fā)展中，它們之間的關(guān)聯(lián)不斷增強(qiáng)，相互交織，進(jìn)入了一個(gè)循環(huán)發(fā)展的階段。腦科學(xué)對(duì)于未來(lái)人工智能的發(fā)展至關(guān)重要，因?yàn)榇竽X是最復(fù)雜的信息處理系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信息處理過(guò)程有很多相似之處，包括感知、認(rèn)知和行為指導(dǎo)等。
中國(guó)科學(xué)院在2012年發(fā)起的先導(dǎo)項(xiàng)目中，腦功能連接圖譜計(jì)劃是一個(gè)重要的項(xiàng)目，得到了國(guó)家財(cái)政的強(qiáng)力支持，這是一個(gè)以基礎(chǔ)研究為主導(dǎo)的科研項(xiàng)目，旨在解析和模擬特定腦功能的神經(jīng)連接通路和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)項(xiàng)目研究過(guò)程中，我們?nèi)〉昧艘恍├碚撋系耐黄疲罄m(xù)也取得了上海市和中國(guó)科學(xué)院的進(jìn)一步支持，也獲得了包括企業(yè)、醫(yī)院、大學(xué)和科研院所在內(nèi)的多方支持，在2014年啟動(dòng)了跨學(xué)科、跨組織、以科學(xué)家為導(dǎo)向的上海腦-智工程。
腦科學(xué)和人工智能是兩個(gè)密切相關(guān)的領(lǐng)域，我們專注于感知和認(rèn)知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的微觀原理研究，以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能宏觀應(yīng)用的跨越。作為基座，我們?cè)谧鲋袊?guó)人腦結(jié)構(gòu)功能圖譜的構(gòu)建，我們非常關(guān)注腦功能網(wǎng)絡(luò)連接環(huán)路和突觸結(jié)構(gòu)等細(xì)節(jié)的研究，通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等研究手段，深入開展關(guān)于腦感知功能聯(lián)接圖譜的研究。以此為依托，在腦認(rèn)知障礙疾病的診斷、治療以及人腦影像設(shè)備方面，我們?nèi)〉昧瞬诲e(cuò)的進(jìn)展。
但腦連接圖譜的應(yīng)用不限于此，通過(guò)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為腦認(rèn)知計(jì)算模型、芯片設(shè)計(jì)以及智能機(jī)器人設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，可以將類腦智能延伸到腦機(jī)接口、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片、智能傳感器、類腦智能計(jì)算機(jī)、類人機(jī)器人等產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)信息技術(shù)和智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)然，這不再只是腦科學(xué)的問(wèn)題，還涉及到云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)，以及多維度的數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建智能運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系等，這是一個(gè)更為復(fù)雜的科技體系和產(chǎn)業(yè)化設(shè)想。
2019年，《Nature》雜志出版了一部《The Brain》專刊，圍繞腦科學(xué)與人工智能融合研究領(lǐng)域，介紹了我們的研究與開發(fā)進(jìn)展，以及國(guó)際上相關(guān)研究成果，并對(duì)該研究領(lǐng)域的發(fā)展前景展開了深入討論，引起了國(guó)際科技界的關(guān)注和上海政府的重視，在這個(gè)專輯中，我們強(qiáng)調(diào)了“Brain-inspired intelligence technology（類腦智能技術(shù)）”的概念，認(rèn)為大腦及類腦智能具有巨大的發(fā)展?jié)摿陀绊懥Α?br/> 2021年，我們?cè)谥楹M琴建立了廣東省智能科學(xué)與技術(shù)研究院，是國(guó)內(nèi)外首家成建制、成體系、全鏈條研究和開發(fā)類腦智能的科研機(jī)構(gòu)，主要開展涉及感知認(rèn)知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、類腦智能算法與模型、類腦智能計(jì)算的基礎(chǔ)研究和核心技術(shù)研發(fā)，同時(shí)提供類腦異構(gòu)融合智能計(jì)算為主體的先進(jìn)智能計(jì)算平臺(tái)。同時(shí)，我們?cè)诎拈T注冊(cè)了粵港澳腦智工程中心，希望借助于國(guó)際化的科研成果轉(zhuǎn)移和合作交流，結(jié)合跨學(xué)科的合作，打造未來(lái)的智能人工大腦。
類腦智能的研究路線有腦啟發(fā)（brain-inspired）和類似腦（brain-like）兩條路線，類似腦這條模擬腦的路很難，因?yàn)槲覀儗?duì)大腦理解并不充分，但我們?cè)谏窠?jīng)科學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)的一些腦工作原理，如組織結(jié)構(gòu)、功能編解碼、信息傳輸和控制方式，都對(duì)信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的研發(fā)產(chǎn)生了啟發(fā)式的指導(dǎo)作用。因此，跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的深度融合和相互啟發(fā)變得至關(guān)重要。
我報(bào)告的第一部分，讓我們回顧一下上海腦-智工程研究團(tuán)隊(duì)在感知認(rèn)知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一些研究歷程。多年來(lái)，王曉群團(tuán)隊(duì)持續(xù)地研究與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)的大腦前額葉、海馬等神經(jīng)組織的神經(jīng)元和神經(jīng)環(huán)路發(fā)育過(guò)程，為深入理解學(xué)習(xí)與記憶功能相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工作原理奠定了基礎(chǔ)。我的研究團(tuán)隊(duì)還研究不同類型的感覺(jué)神經(jīng)元在大腦中的分布差異，例如疼痛、熱、癢等，以繪制相應(yīng)的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖譜。駱清銘團(tuán)隊(duì)在大腦顯微光學(xué)切片斷層成像技術(shù)方面取得了顯著成就。最近，我的研究團(tuán)隊(duì)將該成像技術(shù)與徐富強(qiáng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的病毒神經(jīng)環(huán)路追蹤技術(shù)相結(jié)合，揭示了疼痛信息從外周感受神經(jīng)末梢傳到達(dá)大腦皮層并調(diào)控運(yùn)動(dòng)行為的最快捷的三級(jí)神經(jīng)元通路。
在人腦圖譜研究方面，上海腦-智工程團(tuán)隊(duì)一直致力于腦成像技術(shù)的發(fā)展。聯(lián)影醫(yī)療張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)是最早團(tuán)隊(duì)成員之一，在腦成像技術(shù)從形態(tài)成像向分子影像的演進(jìn)付出了大量努力，因?yàn)橐呀?jīng)認(rèn)識(shí)到它對(duì)未來(lái)的重要性。后來(lái)加入我們的聯(lián)影智能開發(fā)了一種智能光梭成像技術(shù)，能夠在短短90秒內(nèi)對(duì)大腦等部位進(jìn)行成像。這些腦成像技術(shù)以及相關(guān)的智能分析技術(shù)使我們能夠更深入地理解大腦功能區(qū)的結(jié)構(gòu)、聯(lián)接與功能調(diào)控。
在腦功能的編碼與解碼研究方面，我們研發(fā)和應(yīng)用腦機(jī)接口技術(shù)，取得了一些進(jìn)展。在腦科學(xué)和語(yǔ)言研究方面，科大訊飛的胡郁和胡國(guó)平團(tuán)隊(duì)是我們團(tuán)隊(duì)最早期的成員之一，他們?cè)诙嗾Z(yǔ)種翻譯技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)展，尤其在漢語(yǔ)和英語(yǔ)之間的翻譯技術(shù)方面。在臨床研究中，華山醫(yī)院的毛穎和吳勁松團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)中國(guó)人腦中處理漢語(yǔ)和英語(yǔ)等多語(yǔ)言的腦區(qū)是不在一起的，有其分工和特點(diǎn)。我們另外一家成員單位腦虎科技也在做這方面研究，其創(chuàng)始人陶虎是一位材料學(xué)研究者，他的工作始于應(yīng)用柔性材料蠶絲蛋白制作腦電記錄電極等領(lǐng)域。 現(xiàn)在，他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)展到了腦機(jī)接口植入犬類、恒河猴大腦的研究。最近，他們已經(jīng)開始一項(xiàng)臨床試驗(yàn)：涉及到人腦對(duì)漢語(yǔ)的語(yǔ)調(diào)解碼，從電極記錄神經(jīng)元活動(dòng)出發(fā)，通過(guò)合成技術(shù)將電極記錄的神經(jīng)元活動(dòng)轉(zhuǎn)化為聲音，以實(shí)現(xiàn)漢語(yǔ)的精準(zhǔn)解碼。這一研究領(lǐng)域的進(jìn)展將有助于對(duì)中國(guó)人的語(yǔ)言更精準(zhǔn)的編碼分析，與分析其他認(rèn)知過(guò)程更好地融合。
燧人醫(yī)療蔡江團(tuán)隊(duì)則開展了多模態(tài)腦活動(dòng)記錄，包括腦電、虛擬現(xiàn)實(shí)等等。通過(guò)人工智能智能算法的應(yīng)用，他們能夠解決認(rèn)知過(guò)程中的一些問(wèn)題，特別是檢測(cè)早期阿爾茨海默病等疾病的認(rèn)知障礙。這種方法能夠在短短8到10分鐘內(nèi)提供大量有關(guān)個(gè)體的認(rèn)知功能參數(shù)信息，可以取代傳統(tǒng)的量表測(cè)評(píng)方法，為臨床工作提供了更穩(wěn)定和精確的工具。
第二部分，我們講一講智能算力。智能時(shí)代最主要的生產(chǎn)力實(shí)際上是智能算力。在2019年，我們已經(jīng)觀察到智能算力正成為美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、著名信息互聯(lián)網(wǎng)公司等機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)發(fā)展方向，大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能計(jì)算已經(jīng)成為科研創(chuàng)新的第四支柱。因此，我們?cè)谒伎家粋€(gè)更深層次的問(wèn)題，如果我們假設(shè)擁有人類水平的智能算力，是否能突破智能的演化環(huán)境的局限？什么樣的算力將帶來(lái)智能的根本性變革？這是學(xué)術(shù)圈和產(chǎn)業(yè)界都在探討的方向。
在那些年月，我們已經(jīng)開始發(fā)展人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片和神經(jīng)元計(jì)算芯片（Neural processor unit, NPU），在這個(gè)方向上寒武紀(jì)科技等公司取得了一些重要成果，雖然也面臨著挑戰(zhàn)，但總的來(lái)說(shuō)，生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展，包括對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解析和數(shù)理計(jì)算模型的研究，將有助于提升人工智能的智能感知和自然語(yǔ)言理解，以及機(jī)器學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)。在研發(fā)大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高性能、超低能耗的智能計(jì)算技術(shù)方面也有幫助，尤其是研發(fā)具有漸進(jìn)式自主交互學(xué)習(xí)通用智能計(jì)算系統(tǒng)。
美國(guó)許多重要的技術(shù)發(fā)展都受益于這些方面的研究，例如深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法和NPU等領(lǐng)域的研發(fā)。美國(guó)的一些國(guó)家實(shí)驗(yàn)室及公司已經(jīng)布局了眾多超級(jí)智能計(jì)算機(jī)項(xiàng)目。例如，Cerebras在2023年7月推出了全球最強(qiáng)大的AI超級(jí)計(jì)算機(jī)，這種超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能非常強(qiáng)大，不同于基于GPU處理器的NPU計(jì)算技術(shù)，但有可能成為一個(gè)更強(qiáng)大的新型超級(jí)智能計(jì)算機(jī)。而在國(guó)內(nèi)，由于相關(guān)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的不完整性，我們正在直面嚴(yán)峻的發(fā)展瓶頸。
我們的目標(biāo)是希望能夠構(gòu)建一個(gè)有大腦特征的具備高算力、高智能、高效能、小空間、低能耗、低噪音、可分布的超級(jí)智能計(jì)算機(jī)，它將改變我們的世界。我們希望能理解和創(chuàng)造一個(gè)機(jī)器體系，解釋為什么人類能夠在吃兩個(gè)饅頭后能下多盤圍棋，而現(xiàn)在人工智能需要大量能耗才能下一盤圍棋，這需要我們研究類腦計(jì)算的關(guān)鍵方面。
我們正在開發(fā)具有人類感知、學(xué)習(xí)、抽象推理等智能外顯功能的類腦智能計(jì)算體系，類腦智能芯片（Brain-processor unit, BPU）在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用。它的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)之一是在通量、多模態(tài)異構(gòu)和模擬電路等方面具有重要優(yōu)勢(shì)和考量。類腦芯片本質(zhì)上是脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片(Spiking neural network chip)，涉及神經(jīng)系統(tǒng)的計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算原理以及信息傳遞和調(diào)控原理。我們的團(tuán)隊(duì)一直在不斷研發(fā)，并在可配置神經(jīng)處理器和靈活的芯片互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上取得了進(jìn)展。我們初步形成了類腦智能計(jì)算架構(gòu)和類腦架構(gòu)芯片。在2022年，我們?cè)跈M琴研發(fā)出一款全數(shù)字單芯片，具有116多萬(wàn)神經(jīng)元規(guī)模的類腦芯片“天琴Lyra-BC”，支持浮點(diǎn)和定點(diǎn)計(jì)算。
在此基礎(chǔ)上，我們2022年12月在橫琴還構(gòu)建了一個(gè)具有10億神經(jīng)元級(jí)別的“天琴”類腦異構(gòu)融合超級(jí)智能計(jì)算系統(tǒng)。我們的工作目標(biāo)是在橫琴平臺(tái)上建立一個(gè)類腦異構(gòu)融合超級(jí)智能計(jì)算系統(tǒng)，具有與人腦相媲美的神經(jīng)元規(guī)模，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練和推理的AI算力。最近科技部授予我們“國(guó)家新一代人工智能公共算力創(chuàng)新平臺(tái)”的資格，在九個(gè)平臺(tái)中，我們是唯一掛了類腦人工智能創(chuàng)新平臺(tái)的單位。
最后，我們相信上海腦-智工程團(tuán)隊(duì)，包括醫(yī)院、研究所、大學(xué)和企業(yè)，將繼續(xù)在腦科學(xué)和人工智能融合發(fā)展的道路上前行，我們的目標(biāo)和發(fā)展方向?qū)⒆兊酶忧逦ｎ惸X計(jì)算方向是智能時(shí)代的核心競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域，我們希望通過(guò)早期的努力來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)足的發(fā)展。
