全球ICT產(chǎn)業(yè)峰會由遠橋資產(chǎn)與ICT產(chǎn)業(yè)領軍企業(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與人工智能的融合相關領域的最新進展，尤其是在類腦智能領域。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，形成了復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡。這些神經(jīng)元在形態(tài)上多種多樣，分布在大腦中的復雜系統(tǒng)中。
國際和國內(nèi)在腦科學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聯(lián)，另一方面與腦機接口、智能計算科學密切相關。在腦科學/神經(jīng)科學和人工智能的發(fā)展中，它們之間的關聯(lián)不斷增強，相互交織，進入了一個循環(huán)發(fā)展的階段。腦科學對于未來人工智能的發(fā)展至關重要，因為大腦是最復雜的信息處理系統(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、認知和行為指導等。
中國科學院在2012年發(fā)起的先導項目中，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，這是一個以基礎研究為主導的科研項目，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院的進一步支持，也獲得了包括企業(yè)、醫(yī)院、大學和科研院所在內(nèi)的多方支持，在2014年啟動了跨學科、跨組織、以科學家為導向的上海腦-智工程。
腦科學和人工智能是兩個密切相關的領域，我們專注于感知和認知神經(jīng)網(wǎng)絡的微觀原理研究，以實現(xiàn)對智能宏觀應用的跨越。作為基座，我們在做中國人腦結(jié)構(gòu)功能圖譜的構(gòu)建，我們非常關注腦功能網(wǎng)絡連接環(huán)路和突觸結(jié)構(gòu)等細節(jié)的研究，通過動物實驗等研究手段，深入開展關于腦感知功能聯(lián)接圖譜的研究。以此為依托，在腦認知障礙疾病的診斷、治療以及人腦影像設備方面，我們?nèi)〉昧瞬诲e的進展。
但腦連接圖譜的應用不限于此，通過進一步轉(zhuǎn)化為腦認知計算模型、芯片設計以及智能機器人設計等方面的知識，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)，推動信息技術和智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當然，這不再只是腦科學的問題，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)建智能運營服務體系等，這是一個更為復雜的科技體系和產(chǎn)業(yè)化設想。
2019年，《Nature》雜志出版了一部《The Brain》?？瑖@腦科學與人工智能融合研究領域，介紹了我們的研究與開發(fā)進展，以及國際上相關研究成果，并對該研究領域的發(fā)展前景展開了深入討論，引起了國際科技界的關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）”的概念，認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與技術研究院，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知神經(jīng)網(wǎng)絡、類腦智能算法與模型、類腦智能計算的基礎研究和核心技術研發(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，都對信息技術和計算機技術的研發(fā)產(chǎn)生了啟發(fā)式的指導作用。因此，跨學科團隊的深度融合和相互啟發(fā)變得至關重要。
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知神經(jīng)網(wǎng)絡領域的一些研究歷程。多年來，王曉群團隊持續(xù)地研究與學習和記憶有關的大腦前額葉、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，為深入理解學習與記憶功能相關的神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和工作原理奠定了基礎。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，以繪制相應的腦神經(jīng)網(wǎng)絡圖譜。駱清銘團隊在大腦顯微光學切片斷層成像技術方面取得了顯著成就。最近，我的研究團隊將該成像技術與徐富強團隊研發(fā)的病毒神經(jīng)環(huán)路追蹤技術相結(jié)合，揭示了疼痛信息從外周感受神經(jīng)末梢傳到達大腦皮層并調(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，能夠在短短90秒內(nèi)對大腦等部位進行成像。這些腦成像技術以及相關的智能分析技術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)和應用腦機接口技術，取得了一些進展。在腦科學和語言研究方面，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領域取得了顯著的進展，尤其在漢語和英語之間的翻譯技術方面。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研究者，他的工作始于應用柔性材料蠶絲蛋白制作腦電記錄電極等領域。 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)漢語的精準解碼。這一研究領域的進展將有助于對中國人的語言更精準的編碼分析，與分析其他認知過程更好地融合。
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用，他們能夠解決認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)提供大量有關個體的認知功能參數(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？這是學術圈和產(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)絡芯片和神經(jīng)元計算芯片（Neural processor unit, NPU），在這個方向上寒武紀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)學工程技術的發(fā)展，包括對神經(jīng)網(wǎng)絡的解析和數(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，以及機器學習的理論基礎。在研發(fā)大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡的超高性能、超低能耗的智能計算技術方面也有幫助，尤其是研發(fā)具有漸進式自主交互學習通用智能計算系統(tǒng)。
美國許多重要的技術發(fā)展都受益于這些方面的研究，例如深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡的算法和NPU等領域的研發(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，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)，由于相關研發(fā)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的不完整性，我們正在直面嚴峻的發(fā)展瓶頸。
我們的目標是希望能夠構(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鍵方面。
我們正在開發(fā)具有人類感知、學習、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)揮關鍵作用。它的關鍵優(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)絡芯片(Spiking neural network chip)，涉及神經(jīng)系統(tǒng)的計算、神經(jīng)網(wǎng)絡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、大學和企業(yè)，將繼續(xù)在腦科學和人工智能融合發(fā)展的道路上前行，我們的目標和發(fā)展方向?qū)⒆兊酶忧逦?。類腦計算方向是智能時代的核心競爭領域，我們希望通過早期的努力來實現(xiàn)長足的發(fā)展。
