全球ICT產(chǎn)業(yè)峰會由遠(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、金融投資機構(gòu)等聯(lián)合發(fā)起。峰會一年一度定向邀請數(shù)百位企業(yè)創(chuàng)始人高管參會，共同分享行業(yè)洞見，觀察技術(shù)趨勢，探索科技未來。
自2017年以來，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)著實體經(jīng)濟擁抱數(shù)智化，在ICT產(chǎn)業(yè)和資本市場建立了良好的影響力。9月2日,“AI重構(gòu)未來”2023全球ICT產(chǎn)業(yè)峰會在蘇州舉行。此次峰會邀請中國科學(xué)院院士張旭圍繞“類腦計算與AI未來”作主題演講，以下是主題演講全文：
今天我很榮幸被邀請與大家分享我們在腦科學(xué)與人工智能的融合相關(guān)領(lǐng)域的最新進展，尤其是在類腦智能領(lǐng)域。我們將討論類腦計算的研究進展以及在其產(chǎn)業(yè)化過程中的機遇和長足發(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860-1000億個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元都連接著近1000個其他神經(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。
國際和國內(nèi)在腦科學(xué)研究中提出腦連接圖譜的概念，這對于理解大腦和發(fā)展類腦智能是至關(guān)重要的，一方面是因為腦連接和功能的變化與一些疾病存在關(guān)聯(lián)，另一方面與腦機接口、智能計算科學(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，相互交織，進入了一個循環(huán)發(fā)展的階段。腦科學(xué)對于未來人工智能的發(fā)展至關(guān)重要，因為大腦是最復(fù)雜的信息處理系統(tǒng)，與計算機系統(tǒng)的信息處理過程有很多相似之處，包括感知、認(rèn)知和行為指導(dǎo)等。
中國科學(xué)院在2012年發(fā)起的先導(dǎo)項目中，腦功能連接圖譜計劃是一個重要的項目，得到了國家財政的強力支持，這是一個以基礎(chǔ)研究為主導(dǎo)的科研項目，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)。在這個項目研究過程中，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科學(xué)院的進一步支持，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，以實現(xiàn)對智能宏觀應(yīng)用的跨越。作為基座，我們在做中國人腦結(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，通過動物實驗等研究手段，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的進展。
但腦連接圖譜的應(yīng)用不限于此，通過進一步轉(zhuǎn)化為腦認(rèn)知計算模型、芯片設(shè)計以及智能機器人設(shè)計等方面的知識，可以將類腦智能延伸到腦機接口、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片、智能傳感器、類腦智能計算機、類人機器人等產(chǎn)業(yè)，推動信息技術(shù)和智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)然，這不再只是腦科學(xué)的問題，還涉及到云計算、互聯(lián)網(wǎng)，以及多維度的數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建智能運營服務(wù)體系等，這是一個更為復(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)進展，以及國際上相關(guān)研究成果，并對該研究領(lǐng)域的發(fā)展前景展開了深入討論，引起了國際科技界的關(guān)注和上海政府的重視，在這個專輯中，我們強調(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，我們在珠海橫琴建立了廣東省智能科學(xué)與技術(shù)研究院，是國內(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、類腦智能計算的基礎(chǔ)研究和核心技術(shù)研發(fā)，同時提供類腦異構(gòu)融合智能計算為主體的先進智能計算平臺。同時，我們在澳門注冊了粵港澳腦智工程中心，希望借助于國際化的科研成果轉(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，因為我們對大腦理解并不充分，但我們在神經(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，都對信息技術(shù)和計算機技術(shù)的研發(fā)產(chǎn)生了啟發(fā)式的指導(dǎo)作用。因此，跨學(xué)科團隊的深度融合和相互啟發(fā)變得至關(guān)重要。
我報告的第一部分，讓我們回顧一下上海腦-智工程研究團隊在感知認(rèn)知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一些研究歷程。多年來，王曉群團隊持續(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)。我的研究團隊還研究不同類型的感覺神經(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。駱清銘團隊在大腦顯微光學(xué)切片斷層成像技術(shù)方面取得了顯著成就。最近，我的研究團隊將該成像技術(shù)與徐富強團隊研發(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)控運動行為的最快捷的三級神經(jīng)元通路。
在人腦圖譜研究方面，上海腦-智工程團隊一直致力于腦成像技術(shù)的發(fā)展。聯(lián)影醫(yī)療張強團隊是最早團隊成員之一，在腦成像技術(shù)從形態(tài)成像向分子影像的演進付出了大量努力，因為已經(jīng)認(rèn)識到它對未來的重要性。后來加入我們的聯(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)對大腦等部位進行成像。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)用腦機接口技術(shù)，取得了一些進展。在腦科學(xué)和語言研究方面，科大訊飛的胡郁和胡國平團隊是我們團隊最早期的成員之一，他們在多語種翻譯技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著的進展，尤其在漢語和英語之間的翻譯技術(shù)方面。在臨床研究中，華山醫(yī)院的毛穎和吳勁松團隊發(fā)現(xiàn)中國人腦中處理漢語和英語等多語言的腦區(qū)是不在一起的，有其分工和特點。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，他的團隊已經(jīng)發(fā)展到了腦機接口植入犬類、恒河猴大腦的研究。最近，他們已經(jīng)開始一項臨床試驗：涉及到人腦對漢語的語調(diào)解碼，從電極記錄神經(jīng)元活動出發(fā)，通過合成技術(shù)將電極記錄的神經(jīng)元活動轉(zhuǎn)化為聲音，以實現(xiàn)漢語的精準(zhǔn)解碼。這一研究領(lǐng)域的進展將有助于對中國人的語言更精準(zhǔn)的編碼分析，與分析其他認(rèn)知過程更好地融合。
燧人醫(yī)療蔡江團隊則開展了多模態(tài)腦活動記錄，包括腦電、虛擬現(xiàn)實等等。通過人工智能智能算法的應(yīng)用，他們能夠解決認(rèn)知過程中的一些問題，特別是檢測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)個體的認(rèn)知功能參數(shù)信息，可以取代傳統(tǒng)的量表測評方法，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。智能時代最主要的生產(chǎn)力實際上是智能算力。在2019年，我們已經(jīng)觀察到智能算力正成為美國國家實驗室、著名信息互聯(lián)網(wǎng)公司等機構(gòu)的重點發(fā)展方向，大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能計算已經(jīng)成為科研創(chuàng)新的第四支柱。因此，我們在思考一個更深層次的問題，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)元計算芯片（Neural processor unit, NPU），在這個方向上寒武紀(jì)科技等公司取得了一些重要成果，雖然也面臨著挑戰(zhàn)，但總的來說，生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展，包括對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解析和數(shù)理計算模型的研究，將有助于提升人工智能的智能感知和自然語言理解，以及機器學(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、超低能耗的智能計算技術(shù)方面也有幫助，尤其是研發(fā)具有漸進式自主交互學(xué)習(xí)通用智能計算系統(tǒng)。
美國許多重要的技術(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)。美國的一些國家實驗室及公司已經(jīng)布局了眾多超級智能計算機項目。例如，Cerebras在2023年7月推出了全球最強大的AI超級計算機，這種超級計算機的性能非常強大，不同于基于GPU處理器的NPU計算技術(shù)，但有可能成為一個更強大的新型超級智能計算機。而在國內(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、可分布的超級智能計算機，它將改變我們的世界。我們希望能理解和創(chuàng)造一個機器體系，解釋為什么人類能夠在吃兩個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)的計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算原理以及信息傳遞和調(diào)控原理。我們的團隊一直在不斷研發(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)上取得了進展。我們初步形成了類腦智能計算架構(gòu)和類腦架構(gòu)芯片。在2022年，我們在橫琴研發(fā)出一款全數(shù)字單芯片，具有116多萬神經(jīng)元規(guī)模的類腦芯片“天琴Lyra-BC”，支持浮點和定點計算。
在此基礎(chǔ)上，我們2022年12月在橫琴還構(gòu)建了一個具有10億神經(jīng)元級別的“天琴”類腦異構(gòu)融合超級智能計算系統(tǒng)。我們的工作目標(biāo)是在橫琴平臺上建立一個類腦異構(gòu)融合超級智能計算系統(tǒng)，具有與人腦相媲美的神經(jīng)元規(guī)模，實現(xiàn)訓(xùn)練和推理的AI算力。最近科技部授予我們“國家新一代人工智能公共算力創(chuàng)新平臺”的資格，在九個平臺中，我們是唯一掛了類腦人工智能創(chuàng)新平臺的單位。
最后，我們相信上海腦-智工程團隊，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計算方向是智能時代的核心競爭領(lǐng)域，我們希望通過早期的努力來實現(xiàn)長足的發(fā)展。
