我科學(xué)家首次提出“類腦計算完備性”

鄧暉

我科學(xué)家在類腦計算體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域再獲突破性進展。清華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)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(jié)構(gòu)，填補了類腦研究完備性理論與相應(yīng)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)方面的空白，利于自主掌握新型計算機系統(tǒng)核心技術(shù)。該成果于10月14日以《一種類腦計算系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)》為題發(fā)表在《自然》雜志上。

類腦計算是借鑒生物神經(jīng)系統(tǒng)信息處理模式和結(jié)構(gòu)的計算理論、體系結(jié)構(gòu)、芯片設(shè)計以及應(yīng)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(guān)注。歐盟人腦旗艦研究計劃項目指出：“在未來10到20年內(nèi)，誰要引領(lǐng)世界經(jīng)濟，誰就必須在這個領(lǐng)域領(lǐng)先?！?/p>

張悠慧介紹，在通用計算機領(lǐng)域，圖靈完備性和馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)是其能夠飛速發(fā)展并持續(xù)繁榮的關(guān)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(yīng)用運作的體系結(jié)構(gòu)：“兩者使通用計算領(lǐng)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?！?/p>

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(yīng)用和算法的創(chuàng)新實現(xiàn)，對系統(tǒng)基礎(chǔ)性問題，如計算完備性、系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)等思考不足，沒有形成公認的技術(shù)標準和方案，導(dǎo)致軟硬件緊耦合、應(yīng)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(yīng)的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)：圖靈完備的軟件模型，類腦計算完備的硬件體系結(jié)構(gòu)，以及位于兩者之間的編譯層。通過構(gòu)造性轉(zhuǎn)化算法，任意圖靈可計算函數(shù)都可以轉(zhuǎn)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(yīng)用領(lǐng)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?！睆堄苹劢榻B，如果說“圖靈完備性”是通用計算機領(lǐng)域的“圭臬”，“類腦計算完備性”則希望能為類腦計算系統(tǒng)領(lǐng)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(jīng)形態(tài)計算領(lǐng)域以及對人工智能的追求的重大發(fā)展”。