1、8 专题 第 11 卷 第 10 期 2015 年 10 月 computing) 为类脑计算提供了一 种 新 的 思 路， 核 心 是 使 用 更 接 近 于 生 物 神 经 工 作 机 制 的 脉 冲 神 经 元 (spiking neuron) 模型，并且在 计 算 过 程 中， 信 息 都 采 用 脉 冲 编 码， 其 硬 件 实 现 的 芯 片 在 体 系 结 构 上 也 有 别 于 擅 长 精 确 数 值 计 算 的 CPU/GPU。 类 脑 计 算 在 最 近 几 年 引 起 关 注 有 多 方 面 的 原 因。 从 计 算 机 体 系 结 构 的 角 度， 由 于 传 统 半
2、导 体 器 件 的 尺 寸 逐 渐 接 近 其 物 理 极 限， 摩 尔 定 理 难 以 为 继， 同 时 功 耗 问 题 也 日 渐 突 出， 因 此， 研 究 人 员 正 寻 求 新 的 非 传 统 的 计 算 机 体 系 结 构 ； 从 智 能 信 息 处 理 的 角 度， 人 工 智 能 虽 然 取 得 了 很 大 进 展， 并 在 许 多 特 定 领 域 得 到 了 广 泛 应 用， 但 智 能 程 度 依 然 极 为 有 限， 与 人 的 智 能 依 然 相 差 甚 远， 理 论 与 方 法 上 亟 待 出 现 新 思 路 与 新 突 破。 作 为 自 然 界 几 十 亿 年 进
3、化 的 产 物， 人 脑 具 备 许 多 特 点， 例 如， 与 芯 片 需 要 一 个 全 局 时 钟 频 率 驱 动 计 算 不 同， 大 脑 以 异 步 的、 事 件 驱 动 的 方 式 进 行 工 作 ； 传 统 计 算 机 的 冯 诺 伊 曼 体 系 结 构中， 内存与计算是显式分离的， 而 大 脑 的 记 忆 与 计 算 是 紧 密 融 合 在一起的。 这些都促使我们思考， 通 过 对 大 脑 的 结 构 与 工 作 原 理 进 行 模 仿， 是 否 有 可 能 创 造 出 更 省 电、 更高效、 更智能的计算系统？ 在 本 期 专 题 中， 我 们 邀 请 了 多 名 国 内 外
4、 的 知 名 专 家 撰 文， 介 绍 类 脑 计 算 领 域 的 最 新 进 展， 讨 论 类 脑 计 算 面 临 的 机 遇 和 挑 战。 由 于 篇 幅 所 限， 我 们 以 探 讨 类 脑 计 算 中 脉 冲 神 经 网 络 (spiking neural networks) 软硬件方面的工 作为主。 浙 江 大 学 副 教 授 顾 宗 华 等 撰 写的 神经拟态的类脑计算研究 一 文 从 神 经 拟 态 的 类 脑 计 算 的 基 本 思 想、 发 展 历 史 出 发， 对 脉 冲 神 经 元 建 模、 脉 冲 神 经 网 络 的 训 练 方 法、 代 表 性 类 脑 计 算 项 目
5、、 类 脑 传 感 器、 脑 机 融 合 等 进 行 了 分 析， 并 讨 论 了 类 脑 计 算 的 未 来 发展态势。 类 脑 计 算 最 终 的 表 现 形 式 是 芯 片 或 计 算 机 。 如 何 在 硬 件 上 实 现 生 物 神 经 网 络 是 一 个 极 具 挑 战 性 的 技 术 难 题 。 美 国 匹 兹 堡 大 学 副 教 授 陈 怡 然 等 撰 写 的 基 于 新 型 纳 米 器 件 的 类 脑 计 算 系 统 一 文 以 近 年 来， 类 脑 计 算 引 起 了 国 内 外 的 广 泛 关 注。 在 学 术 界， 欧 盟 2013 年 初 批 准 的 人 脑 计 划，
6、 将 类 脑 计 算 研 究 推 向 一 个 新 的 高 度 ； 在 工 业 界， 以 IBM 为 代 表 的 类 脑 芯 片 的 研 制 拉 开 了 类 脑 计 算 产 品 化 的 序 幕。 我 国 正 在 制 定 的“ 中 国 脑 计 划 ” 中， 类 脑 计 算 也将是一项重要内容。 类 脑 计 算 通 常 指 的 是， 用 软 件 和 硬 件 去 模 仿 大 脑 生 物 神 经 系 统 的 结 构 与 工 作 原 理 来 进 行 计 算。 更 广 义 地 说， 部 分 利 用 大 脑 神 经 的 工 作 原 理 与 机 制 或 受 其 启 发 的 计 算 也 称 为 类 脑 计 算。
7、起 源 于 20 世 纪 40 年 代、 兴 盛 于 80 年 代 的 人 工 神 经 网 络 (artificial neural networks) 是早期的类脑计 算， 它 是 用 节 点 的 激 励 函 数 来 模 拟 神 经 元、 利 用 节 点 间 的 连 接 权 重 模 拟 记 忆。 但 人 工 神 经 网 络 后 续 重 要 理 论 与 算 法 的 突 破， 包 括 近 年 来 推 动 人 工 神 经 网 络 复 兴 的 深 度 学 习， 主 要 得 益 于 统 计 与 优 化 等 数 学 工 具 而 发 展 起 来， 学 术 界 认 为 其 与 真 实 的 大 脑 神 经 系
8、 统 相 距 甚 远。20 世 纪 80 年 代 提 出 的 神 经 拟 态 方 法 (neuromorphic 特邀编辑： 吴朝晖 潘 纲 浙 江大学 类脑计算 关键词 ： 类脑计算 脉冲神经网络9 第 11 卷 第 10 期 2015 年 10 月 忆 阻 器 为 例 ， 介 绍 了 基 于 新 型 纳 米 器 件 的 类 脑 计 算 系 统 的 实 现 以 及 挑 战 ， 包 括 神 经 突 触 的 设 计 、 大 规 模 类 脑 计 算 系 统 的 实 现 ， 并 对 类 脑 计 算 加 速 器 的 途 径 、 设 计 与 协 同 工 作 进 行 了 深 入 分 析 与 讨 论 。 类
9、 脑 计 算 的 硬 件 实 现 了 生 物 神 经 系 统 的 结 构 仿 真， 但 生 物 神 经 系 统 功 能 的 实 现 则 需 要 相 应 的 神 经 信 息 处 理 算 法。 四 川 大 学 教 授 唐 华 锦 和 新 加 坡 科 技 研 究 局 资 讯 通 信 研 究 院 研 究 员 胡 隽 联 合 撰 写的 神经拟态认知计算 一文， 以 学 习 和 记 忆 为 重 点 介 绍 了 神 经 拟 态 的 认 知 算 法， 包 括 神 经 信 息 编 码、 突 触 学 习 算 法、 编 码 和 学 吴朝晖 C C F会士 、 常务理 事、 普适计算专委 会主任 。 浙江大学教 授
10、。 主要研究方向为 人工智能 、 普适计算 与嵌入式系统 。 wzh zju 潘 纲 C C F高级会员 。 浙江 大学教授 。 主要研究 方向为普适计算 、 计 算机视觉 、 智能系统 等 。 习集成模型等。 除 了 神 经 拟 态 的 类 脑 计 算 以 外， 对 传 统 的 非 脉 冲 类 脑 智 能 信 息 处 理 硬 件 进 行 加 速 也 是 当 前 的 研 究 热 点。 中 国 科 学 院 计 算 技 术 研 究 所 研 究 员 陈 云 霁 课 题 组 撰 写 的 机 器 学 习 加 速 器 一 文 介 绍 了 他 们 最 新 的 研 究 成 果 机 器 学习加速器 PuDi
11、anNao。PuDian- Nao 能 够 处 理 多 种 常 见 且 有 代 表 性 的 机 器 学 习 技 术， 包 括 kNN、 k-Means、 线性回归、 支持向量机、 深 度 神 经 网 络、 朴 素 贝 叶 斯 和 分 类树算法等。 我 们 希 望 能 通 过 本 期 专 题 对 类 脑 计 算 的 介 绍， 吸 引 更 多 读 者 关 注 并 加 入 此 领 域， 促 进 我 国 类 脑 计 算 研 究 的 发 展。 期 待 未 来 510 年， 类脑计算取得更大的突 破并得到更广泛的应用。 日本信息处理学会新任会长访问CCF 2015 年 9 月 25 日， 日 本 信 息
12、处 理 学 会 (IPSJ) 新 任 会 长、 富 士 通 研 究 所 会 长 富 田 达 夫 (Tatsuo TOMITA) 一行访问 CCF 总部，同 行 的 还 有 富 士 通 研 发 中 心 总 经 理 直 井聪和总经理助理孙明珠。CCF 理 事 长 郑 纬 民、 秘 书 长 杜 子 德、 办 公 室主任朱征瑜代表 CCF 会谈。 富 田 达 夫 介 绍 了 IPSJ 的 发 展 情 况 和 举 办 的 活 动。 郑 纬 民 介 绍 了 CCF 的组织架构、 学术活动以及对 外 合 作 的 情 况。 双 方 探 讨 了 未 来 合 作 的 项 目， 表 示 将 开 展 更 深 入 的
13、合 作，推动中日两国计算技术发展，为计算领域的专业人士服务。 IPSJ 代 表 团 曾 于 2015 年 初 访 问 CCF 并 出 席 颁 奖 大 会， 双 方 进 行 了 友 好 会 谈， 之 后 CCF 秘 书 长 杜 子 德 和 常 务 理 事 杜 小 勇 于 今 年 3 月 赴 日 本 访 问 IPSJ， 出 席 第 77 届 IPSJ 学 术 大 会 并 发 表 演 讲， 约 定时任 IPSJ 会长、东京大学教授喜连川 優 (Masaru KITSUREGAWA) 出席 CNCC 2015 并作特邀报告。 2015 年 4 月，双方签署了合作备忘录。 左 起 孙 明 珠 、 直 井 聪 、 富 田 达 夫 、 郑 纬 民 、 杜 子 德 、 朱 征 瑜
