2011年8月18日，与现代个人电脑飞快的芯片相比，智力和花园蠕虫一样多的微芯片似乎并不是很令人印象深刻。但是，IBM研究人员制成的一种新的微芯片却代表着一个里程碑。与普通芯片不同，它模仿了生物大脑的功能，这一壮举可在计算领域开辟新的可能性。

　　在大脑中，信息是并行处理，计算和记忆交织在一起。每个神经元都连接到许多其他神经元，这些连接的强度随着大脑学习而不断变化。这些动态机制被认为对于学习和记忆至关重要，而且它们也正是研究人员试图用硅模仿的。相比之下，传统芯片处理的是一个接一个的字节，而且是在独立处理器和存储元件之间分流信息。问题越大，必须被转移到周围的字节数量就越大。

　　IBM研究人员已制成并测试了两个示范芯片，它们存储和处理信息的方式模仿了自然神经系统。公司表示，这些早期芯片可能是构建模块，以用于更有雄心的一些东西：一台鞋盒大小的计算机，复杂性大约有人脑的一半，耗电一千瓦。这正在开发，有2100万美元的基金来自美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency），是与几所大学合作进行。

　　下月在加利福尼亚州（California）圣何塞（San Jose）的定制集成电路会议（Custom Integrated Circuits）上，公司的研究人员和他们的学术合作者将发布两篇论文，以说明这种芯片设计具有非常低的功率要求，而且运行采用的是神经电路模拟软件。在一项实验中，称为“神经核”的这种新芯片，是学习打乒乓球；在另一项实验中，它是学习在一条简单赛道上给汽车导航；而另一个实验是让它学习识别图像。

　　传统计算机已变得非常强大，但它们需要巨大的容量和电力，以模仿人类想当然的任务。例如，很有名的是， IBM沃森（Watson）计算系统打败了《危险边缘》（Jeopardy!）游戏的两个最好的人类玩主，这发生在今年二月的一场比赛中。但是，它用了16 TB的内存和一个非常强大的服务器集群，才做到这一点。

　　“大脑出色地解决了这些问题，只需要10瓦的功率，”夸本纳?包恒（Kwabena Boahen）说，他是斯坦福大学（Stanford University）生物工程教授，没有参与IBM的这个项目。“一台机器具有我们所拥有的智能，就可以读取和建立连接，吸收信息并识别它的意思，而不仅仅是进行匹配。”

　　但是，这样的“认知计算机” 应该如何设计，如何运作，这是有争议的。毕竟，生物学家仍然不理解大脑是如何工作的。

　　有关新芯片的运作和性能，IBM只发布了有限的细节。但项目的领导人达门德拉?莫得哈（Dharmendra Modha）说，这些芯片超越了这个领域以往的工作，这是因为模仿了大脑的两个方面：负责记忆和计算（硬件模拟）的邻近部件，以及事实上这些部件之间的连接可以形成和取消，而且随着时间的推移会变得较强或较弱（由软件来完成）。

　　新芯片包含45纳米的数字晶体管，直接做在存储器阵列的顶部。“这就像让数据存储器处于处理器内的每个逻辑门旁边，”康奈尔大学（Cornell University）计算机科学家拉吉特?马诺哈尔（Rajit Manohar）说，他与IBM合作进行硬件设计。更重要的是，这意味着，这种芯片每个“事件”消耗45皮焦耳（picojoules），模仿神经网络中一个脉冲的传输。加州大学圣迭戈分校（University of California, San Diego）神经计算研究所所长格特?考温博格（Gert Cauwenberghs）说，这比传统计算机耗电减少约1000倍。

　　到目前为止，IBM的团队已经在这些芯片上演示的只是非常基本的软件，但他们为运行更复杂的软件奠定了基础。2009年，莫得哈的研究小组运行了超级计算机模拟，说明像猫脑一样复杂的神经网络如何在这样的硬件上运行。南加州大学（USC）脑项目主任迈克尔?阿比伯（Michael Arbib）说：“他们尝试了大规模的模拟。”“现在他们已经设计出一些芯片，更容易运行认知计算软件，但他们还没有证明这一点，”他说。

　　莫得哈的小组开始时是模拟像鼠标一样复杂的系统，然后研究升级到老鼠，猫，最后是猴子。每次他们都不得不切换到更强大的超级计算机。他们无法实时运行模拟，原因是内存和处理器之间的分离，这正是新的芯片设计要克服的。新硬件应有助于这个软件运行得更快。“我们的最终目标是人类尺度的认知计算系统，”莫得哈说。