類腦計(jì)算技術(shù)深度調(diào)研 2022類腦計(jì)算行業(yè)發(fā)展前景及規(guī)模預(yù)測(cè)

• 2022年10月27日 WuYaNan來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 283 11
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類腦計(jì)算，已然從實(shí)驗(yàn)室走向了商業(yè)化摸索。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2035年類腦計(jì)算的市場(chǎng)規(guī)模約200億美元。

類腦計(jì)算行業(yè)發(fā)展前景如何？類腦計(jì)算作為通往AGI最有潛力的一條路徑，這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始得到學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注。類腦計(jì)算這個(gè)概念最早是在上世紀(jì)80年代，由一個(gè)叫做Cuver Mead的美國(guó)科學(xué)家提出。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球范圍內(nèi)已有20家左右相關(guān)創(chuàng)企，雖然融資輪次多集中于A輪，但各家公司拿到的融資金額少則千萬(wàn)多則上億。

根據(jù)中研普華研究院《2022-2027年國(guó)內(nèi)外類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展研究及趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示：

類腦計(jì)算技術(shù)深度調(diào)研 2022類腦計(jì)算行業(yè)發(fā)展前景及規(guī)模預(yù)測(cè)

類腦現(xiàn)代計(jì)算系統(tǒng)能耗太大，對(duì)于日益成為我們生活一部分的復(fù)雜AI應(yīng)用來(lái)說(shuō)，不是可持續(xù)發(fā)展的平臺(tái)。類腦計(jì)算新技術(shù)有望通過(guò)完全不同的方式處理信息，能效極高，并能處理我們加速產(chǎn)生的大量非結(jié)構(gòu)化和嘈雜的數(shù)據(jù)。

從定義上來(lái)看，目前的類腦計(jì)算可以分為狹義和廣義兩種。狹義類腦計(jì)算指的就是模仿大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)和工作原理而創(chuàng)新出來(lái)的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算，學(xué)術(shù)界稱其為Brain-like Computing。廣義的類腦計(jì)算則是在借鑒腦的結(jié)構(gòu)和工作原理的同時(shí)，又不局限于對(duì)腦的模擬，還會(huì)融合傳統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (ANN)等具有更多類腦特征的異構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)術(shù)界稱其為Brain-inspired Computing。

相比于深度學(xué)習(xí)中的DNN，類腦計(jì)算的研究主要圍繞SNN網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)。

所謂SNN，全稱脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是第三代人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它以0/1脈沖序列表達(dá)信息流，編碼里包含了時(shí)間信息，與ANN最大的區(qū)別是具有時(shí)序性。

只有當(dāng)神經(jīng)元膜電壓積累到特定的電壓閾值時(shí)SNN的神經(jīng)元才會(huì)放電(發(fā)放脈沖)，并不會(huì)在每個(gè)信息傳遞的周期都被激活。

類腦計(jì)算研究涉及的領(lǐng)域范圍廣泛，包括材料科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、電氣工程、計(jì)算機(jī)工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)等。材料科學(xué)家研究、制造和表征可用于類腦器件的新材料，重點(diǎn)是展示與生物神經(jīng)系統(tǒng)相似特性的材料。神經(jīng)科學(xué)家提供可能在類腦計(jì)算意義上有用的新知識(shí)，并利用類腦計(jì)算系統(tǒng)來(lái)模擬和研究生物神經(jīng)系統(tǒng)。

電子和計(jì)算機(jī)工程師利用模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐泛推骷?lái)構(gòu)造系統(tǒng)，模擬神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，開(kāi)發(fā)由生物啟發(fā)的類腦計(jì)算系統(tǒng)。類腦計(jì)算系統(tǒng)的研究涉及到類腦處理器微體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、類腦處理器配套的軟件工具鏈和基于脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法等研究領(lǐng)域。在現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展過(guò)程中計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在社會(huì)中的應(yīng)用具有極大的社會(huì)現(xiàn)實(shí)含義，不僅其在加速社會(huì)經(jīng)濟(jì)的道路上起到了積極的作用。

類腦計(jì)算領(lǐng)域的相關(guān)研究，為新一代計(jì)算變革帶來(lái)了希望。以大腦為模仿對(duì)象建立新一代計(jì)算技術(shù)體系，既可以保留計(jì)算機(jī)的既有優(yōu)勢(shì)，又可以疊加人腦處理信息的諸多優(yōu)勢(shì)，將有望打破馮·諾伊曼架構(gòu)的束縛，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)處理一體化、超低能耗和超大規(guī)模并行信息處理，讓結(jié)構(gòu)逼近人腦、性能媲美人腦的“人造超級(jí)大腦”成為可能。

類腦計(jì)算未來(lái)發(fā)展前景分析

應(yīng)用場(chǎng)景上，目前的類腦解決方案基本都是首先從低維度信息處理和高速視覺(jué)處理開(kāi)始，主要面向端側(cè)可穿戴設(shè)備、攝像頭和終端設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，未來(lái)將加入在復(fù)雜環(huán)境中的實(shí)時(shí)決策能力，對(duì)應(yīng)場(chǎng)景為無(wú)人機(jī)和自動(dòng)駕駛。隨著類腦技術(shù)(大規(guī)模并行計(jì)算、自主學(xué)習(xí)等)和類腦產(chǎn)業(yè)的成熟，在更長(zhǎng)的維度上，類腦的應(yīng)用場(chǎng)景將覆蓋數(shù)據(jù)中心以及自主機(jī)器人。類腦芯片由于其低功耗的特征，非常適合人體植入(可植入式疾病治療)、腦機(jī)接口等應(yīng)用領(lǐng)域。

類腦計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

類腦研究發(fā)展迅猛、前景廣闊，但總體仍處于起步階段。與人腦相比， 其基于的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DNN)在信息處理的效率，即速度和功耗上，表現(xiàn)仍不夠好。其中“速度”是指它在計(jì)算不同神經(jīng)層的輸出是以順序的方式進(jìn)行，導(dǎo)致每層都必須等待上一層的輸出計(jì)算完成后才能執(zhí)行下一步，缺少架構(gòu)靈活性?！肮摹眲t是指在馮諾依曼架構(gòu)下，龐大的數(shù)據(jù)量意味著頻繁且大規(guī)模的運(yùn)算，隨之而來(lái)的就是功耗的極速上升。

而我們的人腦靠其中的神經(jīng)元以脈沖的形式進(jìn)行信息傳遞，約870億個(gè)神經(jīng)元高度非線性地工作，每個(gè)神經(jīng)元在外部和內(nèi)部都與其他神經(jīng)元有多達(dá)10000個(gè)連接，承載著數(shù)十萬(wàn)個(gè)協(xié)調(diào)的并行過(guò)程，功耗卻只要20W左右。

類腦計(jì)算，已然從實(shí)驗(yàn)室走向了商業(yè)化摸索。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2035年類腦計(jì)算的市場(chǎng)規(guī)模約200億美元。

想了解更多關(guān)于類腦計(jì)算技術(shù)行業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)分析，請(qǐng)點(diǎn)擊查看中研普華研究院出版的報(bào)告《2022-2027年國(guó)內(nèi)外類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展研究及趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》。

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  類腦計(jì)算是指利用數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐坊蛐缕骷?lái)仿真生物神經(jīng)元以及神經(jīng)元間的突觸連接，進(jìn)而利用超大規(guī)模集成電路（Very Large Scale Integrated，VLSI）系統(tǒng)來(lái)模仿神經(jīng)系統(tǒng)中...

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