小小芯片大不同

史峰

自从有了电脑，人们就梦想着有一天能让电脑的“智商”达到人脑水平。1642年，法国数学家帕斯卡发明了世界上第一台加减法计算机，它利用齿轮的咬合转动体现数字之差的规律。1833年，英国科学家巴贝奇准备设计更高级的机械计算机，提出了“全自动化计算机”的设想。

所谓“全自动化”就是设定程序，把算理变成齿轮咬合关系，用这种关系实现运算法则的自动运行。不过由于各种算法的算理程序相当复杂，而机械计算机只有用齿轮做成的“躯体”，并没有执行更加复杂程序的“大脑”，所以巴贝奇的设想未能实现。

“全自动化机械计算机”虽然没有变成现实，但巴贝奇的“程序要用‘大脑来执行”的理念成为现代电子计算机的理论基础。当社会科技水平进入“电子时代”时，科学家把齿轮换成电子元件，成功开发出有芯片的电脑。

芯片是集成电路，功能类似于人脑。只要把加、减、乘、除、乘方、开方、各种函数的复杂程序装进有芯片的电脑里，就能快速组织系统力量执行各种计算程序，而不再需要机械计算器里“齿轮的咬合转动”。

传统电脑芯片是用硅制成的。随着科技不断更新换代，电脑硅芯片的体积越来越小，电路集成的规模越来越大，可执行的任务也越来越复杂。然而，由于电脑程序是程序员编写的指令，电脑芯片通过执行指令来完成预定的运算任务，所以看起来很“聪明”的电脑其实只是“木偶”。

例如，英国国家气象局使用的一台运算速度达每秒一万亿次的超级电脑，有时候也表现得“傻乎乎”——预报模式如果脱离了既定程序，常常就会出现错误的天气预报，把“大雨”预报成“晴天”。

人们对传统硅芯片电脑的“智商表现”并不满意，能不能把电脑变得像人脑一样，让它会学习、懂交流、能感知、可互动呢？模仿大脑制造认知芯片成为科学家最终想赢的有趣挑战。

不久前，美国IBM公司对外宣布：电脑的升级换代已经进入新时代，新一代的电脑将会有认知能力，让电脑可从运行程序的工具转变为具有学习能力的复杂系统。IBM公司所说的“学习能力”就是人类所具有的“认知能力”，即进行主动思考、可自动纠错、通过学习积累知识经验的能力。

认知芯片被认为是目前世界上最接近人脑的认知系统，它比传统电脑芯片的设计多了这样一些内容：有“神经元”和“突触”、“轴突”结构，“神经元”负责信息处理，“突触”负责学习和记忆，“轴突”则负责不同信息之间的沟通。

为完成第一代类脑认知芯片的制作，IBM公司启用了6个专门实验室，联合来自康奈尔大学、威斯康星大学、加州大学、哥伦比亚大学和政府研究机构的上百位研究人员，投入了大量研究经费。

通过艰难的努力，IBM公司在研制认知芯片方面的成果丰硕：2006年，IBM利用认知芯片模拟了老鼠40%大脑活动情况；2007年，模拟了老鼠全部大脑活动情况；2009年IBM宣布，模拟了猫的大脑皮层“记忆学习”功能，同年模拟运行了人类1%大脑皮层的“认知功能”。

时至今日，电脑能解决什么问题并不重要，重要的是它如何处理意外问题。有认知能力的芯片电脑推向市场之后，人们就无须再为电脑死机而烦心了。因为这种电脑可以用自己的认知能力及时发现程序设计中的错误，并且自动纠正错误，把程序员留下来的程序陷阱修补回来，当错误程序被修正后，电脑就不会因再触动错误而陷入死机状态。

当然，目前认知芯片中256个神经元数量还是太少，蜗牛的大脑里就有11000个神经元。事实上，IBM推出的认知芯片的意义并不在于它是否足够聪明，而在于它宣示了一种类人智能的可行性道路。

既然认知芯片无法成为人脑，有没有其他思路呢？人工智能专家和生物专家合作，正在开发有机芯片。有机芯片上可容纳的电子元件的密度比人脑神经元密度高出100万倍，且这种芯片传递及处理信息的速度也比人脑的思维速度快100万倍，如果用有机芯片代替硅质芯片，电脑的功能就有可能超越人脑。

装有有机芯片的电脑又称为生物电脑。目前最新一代实验计算机正在用有机芯片模拟人脑构造，努力寻找人脑与有机芯片间的相似处，研制基于整个人体神经网络的计算机系统。

尽管所能达到的智力还非常有限，但大多数科学家认为，生物电脑计算机是未来发展趋势，有科学家预言：到2020年，运算速度更快的有机芯片将取代硅质芯片，超人类智能的电脑将变成现实——届时，在电脑的眼里人类是个“傻瓜”，不知这样的角色变换你是否能够接受？