模拟人脑，超级计算机“深南”即将发布，运算速度可达人脑的 2000 倍

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

尽管计算机更新换代的速度越来越快，但目前人脑依然完胜电脑。人脑堪称当今最强大的计算机。当然，人脑的运行方式与计算机截然不同，形态也与计算机天差地别。但单看运算能力的话，人脑绝对称得上独步天下。

人脑每秒超过 1000 亿次的运算速度让所有电脑相形见绌。那么在科技如此发达的今天，人类为什么不努力让电脑尽快赶上人脑呢？

其实，类似的努力从未停止过。早在上世纪 80 年代，科学家就从人脑的结构和神经系统中获得了灵感，开启了神经形态计算的研究。

经过 30 多年的研究，一代代研究人员前赴后继，却鲜有突破性进展。不过，这样的局面似乎即将迎来转机。

打破沉寂的是一台名为“深南”（DeepSouth）的超级计算机。“深南”由澳大利亚西悉尼大学国际神经形态系统中心带领的联合研究团队开发，预计在 2024 年 4 月正式推出。按照研究团队的说法，“深南”的运算速度可达惊人的每秒 228 万亿次，相当于人脑的 2000 多倍。

“深南”如何模拟人脑？

关于这台模拟人脑的超级计算机如何运行，我们还知之甚少，因为研究团队的保密工作做得实在是太好了。不过，我们还是能通过已知的信息做出一些合理推测。

英国安格利亚鲁斯金大学智能系统学副教授多梅尼科・维西南扎（Domenico Vicinanza）告诉《科学焦点》：“‘深南’的灵感来源不仅仅是人脑，而是整个人体。这台超级计算机最大程度地模仿并还原了人脑驱动人体的方式。”

“以智能手机为代表的现代电子设备，数据的运行与储存通常是分开且相对独立的。在运行过程中，二者要使用处理器芯片的不同区域。”维西南扎补充道，“这种相对独立的运算方式，导致二者间的相互传输会消耗大量的能量和时间。而人脑的独特之处就在于，它可以同时进行数据的运行与储存。这大大启发了研究团队。”

通常，大脑可以在几乎不消耗能量的情况下，为数十亿个小单元（神经细胞）供能，实现百万亿级别的连接交互。这样的信息处理能力足以轻松超越所有的超级计算机。

“人脑之所以强大，正是因为每一个神经细胞和神经连接都同时具备运算和储存能力。神经连接的数量可达 100 万亿个，运算能力自然无比强大。更何况，人脑还可以随时重新配置数据，开启全新的信息处理进程。”

维西南扎表示：“哪怕处理十分复杂的数据，人脑所需的能量也非常少。而当我们要学习新技能时，人脑又可以随时创建新的神经连接，适应新的运算方式。我们可以试着借鉴这种运行模式，让超级计算机更高效、更全能。”

与人脑相比，超级计算机要实现类似的功能，就需要多得多的空间与能量，这是研究人员最亟待解决的问题。

“深南”改变未来？

乍看之下，这台超级计算机除了展现了华而不实的科技含量，根本没什么实用价值。但仔细思考一下，“深南”所采用的一些技术或许可以应用在我们的日常生活中。

通过提升并优化数据处理效率，我们或许就能提升电子设备的电池续航能力。试想一下，如果智能手机的续航时间不再是短短的不到一天，而是长达一周，那将多么美妙。

伴随着芯片结构的优化，超级计算机的体积也有望大幅缩小。回到现实生活中，未来，这些性能强大的芯片也能植入小小的智能手机、平板电脑、笔记本电脑――尺寸小了，性能却有了质的飞跃。

而且随着技术的升级，我们用电子设备处理各种任务也将变得更得心应手。扫描病毒这样的复杂程序，也能在后台稳定运行。不少职场人士的终极梦想 —— 同时处理几百个页面，电脑也不卡顿 —— 终将实现。

总而言之，这样的技术为我们带来的远不止一台超级计算机，而是借助新技术让各种电子设备都能变得更快、更强，带领人类攀登新的阶梯。

我们不妨畅想一下，在新技术的加持下，医院有了更稳定的生命支持系统；各个领域都有了量身定制的人工智能模型。哪怕是航空、航天等高精尖领域，也可以在人工智能模型的帮助下，轻松实现庞大数据流的管理。

“深南”助力大脑健康

对研究人员而言，最终目标原本是打造更智能的超级计算机，却获得了一些意想不到的成果。为了达到目标，研究团队耗费了巨大的精力来研究人脑，希望能把人脑的运行机制应用于电脑。在这一过程中，研究团队对人脑的工作原理有了不少新的认识。

不仅如此，研究人员还进一步了解了人脑的运行机制，对阿尔茨海默病、痴呆症、帕金森氏病等脑部疾病也有了全新的认知。

“通过模拟繁复的人脑神经网络，并把它应用在超级计算机上，我们在充满不确定性的人脑中寻找到规律，从而掌握了各类脑部疾病的特征和规律。”维西南扎说道。

“现在，我们甚至可以通过一些技术手段，了解人脑对不同药物的反应，以及随着年龄的增长，人脑会发生哪些变化。”

可以说，通过研究“电脑”，科学家对“人脑”有了更深的认知。这并不奇怪，别忘了，人脑其实就是一台性能非常强大又非常复杂的电脑。

所以，我们换个角度想一想，可以把各种影响我们健康的脑部疾病看作计算机病毒。想要“杀死”计算机病毒，就得找到计算机感染病毒的原因以及病毒感染计算机的路径，也就是病毒的来源及影响范围。

利用模拟人脑的超级计算机，我们可以借鉴处理计算机病毒的逻辑，把人脑的神经信号当作计算机的信号来审视，进而了解神经细胞之间的交互模式，最终找到大脑出现问题的时间和原因。

再举个例子，如果我们想学习一项新技能，从开始学习到逐渐掌握，人脑的神经网络会发生显著的变化。但这种变化此前很难被观察到，哪怕借助核磁共振或大脑扫描技术，我们也只能看到在学习技能的过程中大脑的哪些部分被激活了，这远远无法满足需求。

“如今，借助神经形态计算，我们可以清晰了解人脑学习新技能的过程。”维西南扎说，“通过一个模型来访问超级计算机所有的小型处理器和存储器单元，我们就能试着去了解人脑学习的过程。”

“这样，利用超级计算机进行充分的分析，我们就能更好地理解人类衰老的过程、药物的疗效、疾病的成因，甚至是人脑对不同的提示会作出哪些反应。”

我们找到了解决大脑全部问题的钥匙。这听起来像是神话，当然，目前一切还都停留在理论阶段。现在，我们唯一能做的就是期待“深南”的表现。如果真如宣传那般神奇，全力研发数字化大脑就可以提上日程了，攻克各种疑难杂症也将不再是神话。

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