从IBM研究到百度投资，探寻类脑芯片产业路上的丰收与荆棘

2018-11-07 14:46

当前类脑芯片产业化面临的痛点

对于类脑芯片产业而言，目前主要面临的难题来自于四个方面，一是类脑芯片的单晶硅材料和忆阻器等技术有待突破；二是对脑的观测和工作机制了解不够；三是类脑芯片的研究门槛高，人才和企业队伍缺失；四是类脑芯片的工程化难题。

一、类脑芯片材料的缺失

目前类脑芯片研制的挑战之一是在硬件层面上模仿人脑中的神经突触，在设计人造突触时通常用施加电压的方式来模拟神经元中的信息传输。但这种技术存在一个难题，由于大多数由非晶材料制成的人造突触中，离子通过的路径有无限种可能，难以预测离子究竟走哪一条路，造成不同神经元电流输出的差异。

科学家们研究了基于CMOS和忆阻器实现人工神经网络，但对忆阻器的逻辑完备性、计算复杂度、级联、可重构等性能要求很高，从忆阻器理论出发，神经元模型中的钙离子和钾离子通道由易失性忆阻器构成，对忆阻器的频率依赖严重，满足类脑芯片的单晶硅和忆阻器等材料技术仍有待突破。

二、对脑的观测和认识不够

类脑芯片的研究在于直接在微芯片上模拟生物神经元和突触的属性，做到这一点面临的主要挑战，是配置由人造神经元组成的网络，让其能执行特定的任务。类脑芯片的架构是模拟人脑的新型芯片编程架构，这种芯片的功能类似于大脑的神经突触，处理器类似于神经元，而其通讯系统类似于神经纤维，通过这种神经元网络系统，计算机可以感知、记忆和处理大量不同的情况。

因为人脑是由140亿个脑细胞组成，每个脑细胞可生长出2万个树枝状的树突用来计算信息，人脑神经细胞功能间每秒可完成信息传递和交换次数达1000亿次。用半导体材料模拟脑细胞和突触的功能来设计芯片，由于人类对于脑的研究远远不够，这样的芯片在性能上远远达不到“人脑”的要求。

三、类脑芯片的研究门槛高，人才和企业队伍缺失

类脑芯片技术有很多难点，它本身有着很强的技术门槛，据不完全统计，目前从事类脑芯片研究队伍（包括企业和研究机构）不到一百家，整个团队仍不强大，全球研究这门技术人才远远不够撑起整个产业。

必须承认的是，类脑芯片是一门涉及电子、人工智能、材料、神经学等多学科的综合技术，对顶层设计人才的全面要求很高，目前行业很缺这样的人才。

四、类脑芯片的工程化难题

因为类脑芯片的脉冲神经网络特性决定了异步电路是脉冲神经网络神经元间大量互联以及通讯的最有效形式，对于某些需要复杂模型的SNN网络，模拟运算以及数模混合电路会是最优的解决方案。

aiCTX公司CEO乔宁博士认为，当前类脑芯片在走向应用的过程中面临着工程化的难题。对于不同的应用，类脑芯片处理器的产业化进程会有所不同，这对于中下游企业而言，芯片在不同场景下的兼容性和性能也会有所不同，目前尚未出现真正产业化的通用类脑芯片。

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