史峰

《数字化生存》一书作者尼葛洛庞帝曾说：“假如电脑能变得像人脑一样聪明，那么即使是最坚定的反机器分子，大概也会热情地使用电脑。”实际上，让电脑变得像人脑，这样的梦想或许即将成为现实。

传统硅芯片，其实是“傻瓜”

芯片即内含集成电路的硅片，类似于人脑。人脑里有复杂的神经系统，芯片上有复杂的集成电路，所以芯片就是电脑的“大脑”，它决定整个电脑性能的发挥，是计算机“执行程序”核心。只要把加、减、乘、除、乘方、开方以及各种函数的复杂程序装进有“芯片”的电脑里，“芯片”就会组织系统“力量”快速执行各种计算“程序”。

传统电脑芯片是用硅制成的。现在，电脑硅芯片的体积越来越小，上面电路集成的规模越来越大，因此它可以执行越来越复杂的“程序”。

电脑程序主要有两种：可支持计算机自身基本运转的“系统程序”和可以拓展计算机各种功能的“应用程序”。最早的“系统程序”编写于1956年，名为 GM-NAA操作系统。最难学的“系统程序”是1966年IBM公司推出的 DOS操作系统。最普及的“系统程序”是电脑天才比尔·盖茨团队1985年开始推广的Windows操作系统。目前手持电脑设备上最“火”的操作系统，是Android系统。

有了这些“操作程序”的支持，电脑上就可以进一步安装各种“应用程序”：比如画图程序、浏览器程序、杀毒程序等。特别值得一提的是，电脑病毒也是“应用程序”的一种，不过它主要被用来“做坏事，搞破坏”。

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”运算任务。所以，看起来很“聪明”的电脑，其实只是个听令于程序的“傻瓜”而已--它不是利用主动思考的方式而是按照“事先指令”来解决问题的。就算是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，有时也表现得“傻乎乎”的--预报模式如果脱离了既定“程序”，就会做出错误的天气预报，把“大雨”预报成“晴天”。

认知硅芯片，让电脑似人脑

传统硅芯片电脑是“傻瓜”，所以人们对它的“智商表现”并不满意。那么，能不能把电脑变得像人脑一样，会学习、懂交流、能感知、可互动？

日前，IBM公司对外宣布：新一代电脑将从“运行程序”的工具，转变为具有“学习能力”的复杂系统。也就是说，电脑将具备“主动思考、可自动纠错、通过学习、工作积累知识经验”的能力。

为此，IBM推出了“认知芯片”，有分析师认为它是目前世界上最接近复杂人脑的“认知系统”，它比传统电脑芯片的设计多了这样一些内容：“神经元”、“突触”和“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间的沟通。

电脑为什么会“死机”？原因很多，其中一个主要原因是“程序错误”。“电脑程序”是由人编写的，其中总会存在“错误”，电脑运行程序时，如果“触动”了错误，就会“傻掉”，无法完成寻找“正确结果”的运算进程，只好死机。“死机”不仅会使电脑使用者被迫中断工作进程，还会导致各种重要资料的丢失。

未来，装有“认知芯片”的电脑推向市场后，人们就无须再为电脑死机而烦心了。因为电脑可以用自己的“认知能力”及时发现“程序设计”中的错误，并自动纠错，修补程序员留下来的“程序陷阱”，从而避免出现“死机”。

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。人脑之所以强大，在于其有上千亿个神经元和10多万亿个神经突触，处理问题的信号可以传向四面八方。因此，模仿大脑制造“认知芯片”成为许多科学家渴望攻克的最大挑战--为研发“第一代类脑认知芯片”，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，投入了大量经费进行研究。

这一研究目前已取得丰硕成果： 2006年，IBM利用“认知芯片”模拟了老鼠40%的大脑活动情况。2007年，模拟了老鼠全部大脑活动情况。2009年，模拟了猫的大脑皮层“记忆学习”功能；同年，模拟运行了人类大脑皮层1%的“认知功能”。

2011年，IBM公司研发出两个单核硅芯片原型，每个都含有256个神经元，其中一块有超过26万个可控制的神经突触，另一块有6万多个学习型神经突触。在这两块芯片的基础上，研究人员成功让计算机实现导航、机器视觉、模式识别、联系记忆及分类等认知功能。但从规模上来说，这样的单核硅芯片仅相当于虫脑的水平。 2014年，IBM研制出最新仿人脑芯片TrueNorth--4096个内核、100万个神经元、2.56亿个突触集成在直径只有几厘米的方寸（是2011年单核硅芯片原型大小的1/16）之间，而且能耗不到70毫瓦。但与人脑的上千亿个神经元和十多万亿个突触相比，它仍然不够“聪明”。IBM的最终目标，是希望建立一台包含 100 亿个神经元和 100 万亿个突触的计算机--这样的计算机要比人类大脑的功强大10 倍，而功耗只有1000瓦，重量仅相当于人脑的重量。

有机芯片，让电脑超人脑

目前所有的电脑芯片都是用“硅”制成，1平方毫米的硅片上能容纳25万个电子元件。虽然这个数量已经非常庞大，但要完成人脑的“思考”与“学习”的任务仍然远远不够，因为人脑中用来完成认知能力的神经元的数量是硅质芯片上电子元件数量的数十万倍--因此，要想在硅质芯片上大规模地集成电子元件，来达到人类大脑的高度“认知能力”几乎是不可能的。

而“有机芯片”上可容纳的电子元件的密度比人脑神经元密度还要高出100万倍，并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--如果用它代替“硅质芯片”，那么电脑的功能不就可以大幅度超越人脑吗？

是的，科学家正在开发“有机芯片”，目的就是要让芯片功能超过人脑功能。装有这种“有机芯片”的电脑，就是“生物电脑”。

目前，最新一代实验计算机正在用“有机芯片”模拟人类的大脑构造。英国剑桥大学还发现了“生物电路”：一些蛋白质的主要功能不是构成生物的某些结构，而是用于传输和处理信息。

科学家正努力寻找人脑与“有机芯片”之间的相似处，研制基于整个人体神经网络的计算机系统。尽管目前研制出来的最先进的“生物电脑”拥有的智力还非常有限，但大多数科学家认为，“生物电脑”是计算机未来的发展之路。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”，超越人类智能的电脑将变成现实--届时，也许在电脑“眼里”，人类才是“傻瓜”。（责任编辑/清扬）endprint