類腦計(jì)算行業(yè)深度分析與發(fā)展前景預(yù)測(cè)

• 曾燕 2023年12月20日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 306 12
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類腦計(jì)算是指受人腦信息處理方式啟發(fā)，以更通用的人工智能和 高效智能邊緣端/云端為目標(biāo)構(gòu)建信息系統(tǒng)的技術(shù)。其目標(biāo)是使機(jī)器 能夠以大腦啟發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)人類的各種認(rèn)知能力和協(xié)調(diào)機(jī)制，最終達(dá) 到或超過人類的智能水平，推動(dòng)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，并為下一代通用人工智能

類腦計(jì)算行業(yè)深度分析與發(fā)展前景預(yù)測(cè)

類腦計(jì)算是指受人腦信息處理方式啟發(fā)，以更通用的人工智能和 高效智能邊緣端/云端為目標(biāo)構(gòu)建信息系統(tǒng)的技術(shù)。其目標(biāo)是使機(jī)器 能夠以大腦啟發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)人類的各種認(rèn)知能力和協(xié)調(diào)機(jī)制，最終達(dá) 到或超過人類的智能水平，推動(dòng)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，并為下一代通用人工智能的計(jì)算提供可能的解決途徑。

從商業(yè)角度來看，結(jié)合多家資訊機(jī)構(gòu)提供的信息，類腦芯片的全球市場(chǎng)規(guī)模在2025年將達(dá)到2億美元，2030年約為70億美元，CAGR超過70%。

隨著硬件設(shè)備性能的提升和軟件開發(fā)技術(shù)的成熟，類腦計(jì)算技術(shù)在通信、電子、交通、醫(yī)療、金融、高教等領(lǐng)域迅速發(fā)展，各行業(yè)都在運(yùn)用類腦設(shè)備和各種應(yīng)用技術(shù)。未來，類腦計(jì)算技術(shù)將繼續(xù)在生物工程、量子計(jì)算等領(lǐng)域蔓延，將發(fā)揮越來越重要的作用。

據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院出版的《2023-2028年中國(guó)類腦計(jì)算行業(yè)深度分析與發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》統(tǒng)計(jì)分析顯示：

類腦計(jì)算是指利用數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)模混合電路或新器件來仿真生物神經(jīng)元以及神經(jīng)元間的突觸連接，進(jìn)而利用超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrated，VLSI)系統(tǒng)來模仿神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)生物學(xué)結(jié)構(gòu)。和現(xiàn)有馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu) 計(jì)算與存儲(chǔ)分離的特點(diǎn)相對(duì)，類腦計(jì)算中的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)既有計(jì)算能力，也有存儲(chǔ)能力。類腦計(jì)算的這種特點(diǎn)從根本上消除了馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)的“存儲(chǔ)墻”問題。通過對(duì)類腦計(jì)算進(jìn)行研究，能夠更好地理解腦計(jì)算模型，為實(shí)現(xiàn)類腦智能提供路徑。

據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)道，預(yù)計(jì)到2030年，抑郁癥的疾病負(fù)擔(dān)將躍升至第一位，中國(guó)最新精神衛(wèi)生調(diào)查顯示抑郁癥的終身患病率為6.9%，目前中國(guó)有超過9500萬的抑郁癥患者，給社會(huì)、家庭及個(gè)人帶來了沉重負(fù)擔(dān)，類腦計(jì)算行業(yè)發(fā)展前景廣袤。

而我們的人腦靠其中的神經(jīng)元以脈沖的形式進(jìn)行信息傳遞，約870億個(gè)神經(jīng)元高度非線性地工作，每個(gè)神經(jīng)元在外部和內(nèi)部都與其他神經(jīng)元有多達(dá)10000個(gè)連接，承載著數(shù)十萬個(gè)協(xié)調(diào)的并行過程，功耗卻只要20W左右。

類腦計(jì)算，已然從實(shí)驗(yàn)室走向了商業(yè)化摸索。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2035年類腦計(jì)算的市場(chǎng)規(guī)模約200億美元。

SNN也被稱為第三代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是人工智能領(lǐng)域機(jī)器學(xué)習(xí)算法的一種，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與生物神經(jīng)科學(xué)交叉而成的新興學(xué)科。相比于傳統(tǒng)的ANN，如各種深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，SNN實(shí)現(xiàn)了更高級(jí)的生物神經(jīng)元模擬水平，更容易模擬人腦低功耗高性能的處理方式，類腦計(jì)算行業(yè)是信息技術(shù)向智能化發(fā)展的重點(diǎn)研究方向。與ANN相比，SNN有諸多優(yōu)良特性，在實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能的智能系統(tǒng)上潛力巨大。

單個(gè)TruNorth芯片包含4096個(gè)計(jì)算核心，可以實(shí)現(xiàn)神經(jīng)突觸和神經(jīng)元排列的動(dòng)態(tài)映射。 每個(gè)內(nèi)核最多可將1024個(gè)軸突電路用于輸入連接，從而實(shí)現(xiàn)256個(gè)IF神經(jīng)元，這些神經(jīng)元組織為靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。 IBM TrueNorth系統(tǒng)的一個(gè)吸引人的功能是，單個(gè)芯片由54億個(gè)晶體管組成，僅消耗70mW的功率密度，僅占傳統(tǒng)計(jì)算單元的1/10000。

Brainchip公司開發(fā)了名為Akida神經(jīng)形態(tài)計(jì)算平臺(tái)，該平臺(tái)可以使用一個(gè)NSoC有效地實(shí)現(xiàn)120萬個(gè)神經(jīng)元和100億個(gè)突觸。 該平臺(tái)具有多個(gè)板載處理器，包括基于事件的處理，數(shù)字處理，存儲(chǔ)器，輸入/輸出接口和多芯片擴(kuò)展的功能。

圖表：各類類腦計(jì)算芯片匯總

資料來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理

除了這些類腦芯片外，仍有許多新興的類腦芯片在SNN計(jì)算中顯示出巨大的潛力。 例如浙江大學(xué)的達(dá)爾文芯片，其目標(biāo)是嵌入式低功耗應(yīng)用。 蘇黎世大學(xué)研究人員開發(fā)的DYNAP-SEL結(jié)合了異步數(shù)字邏輯和模擬電路，以實(shí)現(xiàn)模擬SNN實(shí)現(xiàn)。

電子和計(jì)算機(jī)工程師利用模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)模混合電路和器件來構(gòu)造系統(tǒng)，模擬神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程，開發(fā)由生物啟發(fā)的類腦計(jì)算系統(tǒng)。類腦計(jì)算系統(tǒng)的研究涉及到類腦處理器微體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、類腦處理器配套的軟件工具鏈和基于脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法等研究領(lǐng)域。

近年來，以人工智能、集成電路、生命科學(xué)、類腦智能等學(xué)科領(lǐng)域?yàn)榇淼男乱惠喛萍几锩彤a(chǎn)業(yè)變革正在高速發(fā)展，重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖甚至全球經(jīng)濟(jì)格局。在眾多極具“顛覆性”的科技領(lǐng)域中，類腦計(jì)算無疑是最尖端和最前沿的，因此這個(gè)領(lǐng)域也是全球各大經(jīng)濟(jì)體之間的“兵家必爭(zhēng)之地”。而推動(dòng)類腦計(jì)算領(lǐng)域的長(zhǎng)足發(fā)展離不開類腦芯片的大力支撐。

類腦計(jì)算既適用于處理復(fù)雜環(huán)境下的非結(jié)構(gòu)化信息，又利于發(fā)展自主學(xué)習(xí)機(jī)制，甚至有望最終發(fā)展出創(chuàng)造能力，進(jìn)化出新的智能體，打開通用人工智能的大門。類腦計(jì)算這一領(lǐng)域主要由兩大科學(xué)研究與應(yīng)用落地方向推動(dòng)，即“類腦智能”和“腦科學(xué)”。

“十四五”期間，我國(guó)將“中國(guó)腦計(jì)劃”以“一體兩翼”為結(jié)構(gòu)重點(diǎn)發(fā)展了多個(gè)重點(diǎn)研究項(xiàng)目并將“類腦智能”寫入《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》。目前，我國(guó)腦計(jì)劃已經(jīng)取得了多項(xiàng)世界級(jí)重大科研成果，論文發(fā)表增長(zhǎng)率處于全球領(lǐng)先水平，這說明中國(guó)類腦計(jì)算領(lǐng)域一直處于蓬勃發(fā)展期。

未來行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展前景和投資機(jī)會(huì)在哪?欲了解更多關(guān)于行業(yè)具體詳情可以點(diǎn)擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)研究院的報(bào)告《2023-2028年中國(guó)類腦計(jì)算行業(yè)深度分析與發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》。報(bào)告對(duì)行業(yè)相關(guān)各種因素進(jìn)行具體調(diào)查、研究、分析，洞察行業(yè)今后的發(fā)展方向、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局的演變趨勢(shì)以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、市場(chǎng)規(guī)模、潛在問題與行業(yè)發(fā)展的癥結(jié)所在，評(píng)估行業(yè)投資價(jià)值、效果效益程度，提出建設(shè)性意見建議，為行業(yè)投資決策者和企業(yè)經(jīng)營(yíng)者提供參考依據(jù)。

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  2023-2028年中國(guó)類腦計(jì)算行業(yè)深度分析與發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告

  類腦計(jì)算處理器的基本特點(diǎn)包括：并行運(yùn)算架構(gòu)，可大規(guī)模擴(kuò)展，存儲(chǔ)計(jì)算一體化，事件驅(qū)動(dòng)運(yùn)算，無時(shí)鐘（異步），稀松計(jì)算，稀松網(wǎng)絡(luò)連接，具有可塑性及容錯(cuò)性，具有片上學(xué)習(xí)能力等。傳統(tǒng)的AI技術(shù)...

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