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吴华强在讲解模拟突触器件的性能。(图片由受访者提供)
若说计算这事,想必多数人会觉得,电脑比人脑更在行。但吴华强不这么看,反而觉得“慢吞吞”的人脑更有潜能。在这位工科教授眼中,“大脑的结构比电脑更高效”。
晨光里的清华园,常能看到吴华强,绕着操场跑圈。他说这是“唤醒大脑”“按下启动键”。午餐时间,他总爱和同事边吃边聊。他管这叫“清除缓存”“补充电量”。在这位清华大学微电子所副教授口中,人体似乎就是台“行走”的计算机,而大脑是最重要的部件——CPU。
若说计算这事,想必多数人会觉得,电脑比人脑更在行。但吴华强不这么看,反而觉得“慢吞吞”的人脑更有潜能。在这位工科教授眼中,“大脑的结构比电脑更高效”。
于是,他决心要“做类似人脑的计算系统”。这一创意,到了今年5月终于“开花结果”——吴华强团队的科研论文《基于新型纳米器件的类脑计算系统》发表于《自然通讯》杂志。
拼搭“Q版大脑”
2014年,“做类脑计算系统”的想法长进了吴华强心里。最初,埋下这颗种子竟是因为一部科幻片。
那年,36岁的吴华强坐在飞往美国航班上,他在机上看了名为《超体》的电影。片中,女主角因注射药物而使大脑被开发至100%,进而变身超人。
“还能这样?”吴华强边看边念叨。影片的情节停在他眼前,挥之不去。他没把这当成是科幻,而真在思考:大脑是个怎样的存在?
可想归想,彼时吴华强没觉得这事会和自己有关。“大脑属于生物学范畴,怎么能轮上搞微电子的来研究?”
没过多久,吴华强参加了一个报告会,会上有人做了关于神经网络的学术汇报,PPT上展示出电路“描绘”的大脑构造。他对那幅图着了迷,“哎,这事能和我有关”。
但当时在国内,这一方向做的人很少。“靠不靠谱”“能否做成”是多数人投给吴华强的问号,很多同事都劝他换个方向。
“说实话,我心里也没底。所里面博士生资源很紧张,分配给他们的每个课题都很谨慎。万一没做成,岂不是耽误学生毕业?”即便没有绝对的把握,吴华强也不愿把时间花在患得患失上。“就去做吧,总要做了才知道行不行。”
那之后,吴华强带着学生开始在实验室“拼大脑”。他们用1000个忆阻器(阻变存储器)模拟脑神经突触,搭建了一个“微缩大脑”。“人脑约有百万个突触,我们只做了1000个。”
即便是“微缩版”,难题也一样都不少,最棘手就是一致性。在传统的冯·诺依曼结构中,存储和计算是由不同的单元完成,分步进行。而在吴华强的“大脑”里,存储和计算融为一体,它们需要“一起跑”,必须控制好“速度”。
经过反复调试,“Q版”类脑计算系统在2016年初完成了人脸识别测试,即证明该结构可行。