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戈德斯坦正在开发一款每秒可以完成 333 次乘法运算的电子计算机

时间:2022-11-22 11:49:22 来源:搜狐 评论:0 点击:0
  1944 年 8 月初,在阿伯丁火车站去往费城的站台上,美国数学家赫尔曼·戈德斯坦(Herman Goldstine)邂逅了计算机之父约翰·冯·诺依曼(John von Neuman)。

  自报家门后,戈德斯坦告诉冯·诺依曼他正在开发一款每秒可以完成 333 次乘法运算的电子计算机。冯·诺依曼听了之后颇有兴致,表示想去看看那台机器。

  几天后,冯·诺依曼的愿望得以实现。在看到那台机器之后,冯·诺依曼大胆预测电子计算机在有生之年会快上 10 亿倍。他还敏锐地意识到,计算速度的提高不仅依赖于机器速度的提高,倚重于计算方法的改进,随即他便筹划造自己的计算机。

  图 | 冯·诺依曼和高性能计算机(来源:theguardian)

  早在计算机还很庞大笨拙的时候,冯·诺依曼对计算机和人脑的关系产生了兴趣,对此进行了深入的研究。

  1955 年 10 月,冯·诺依曼为来年耶鲁大学开设的讲座做准备。天妒英才,他被检查出癌症。在生命的最后时刻,他在临终的病榻上撰写了关于人的神经系统与计算机关系的讲稿。次年,他的讲稿以《计算机与人脑》为题由耶鲁大学出版社出版。

  讲稿从逻辑和统计数学的角度,探讨计算机的运算和人脑思维的过程,并对“人造的自动机”(计算机)与“天然的自动机”(人脑)做了比较研究。

  冯·诺依曼认为计算机与神经网络的相似之处在于,两者都具有混合计算机,即兼有数字计算机和模拟计算机的特点。

  神经系统中所使用的计数系统并不是数字的,而是统计的,消息的意义由其统计性质来传达,这样,虽然算数的准确性较低,却可以通过统计方法来提高逻辑的可靠程度。

  跨越了半个多世纪,计算技术的爆炸式发展像是人类历史画卷中惊艳绝伦的一笔。无论是日常生活中使用的手机、电脑,还是海量的人类智能与机器智能赋能增效,计算改变了我们的生活。

  从计算机诞生以来,冯·诺依曼架构一直占据着主导地位。随着计算机应用范围的迅速扩大,人们对计算机运算速度的要求也越来越高,存算分离的冯·诺依曼架构逐渐显现瓶颈。

  当 AlphaGo 每下一盘棋所需要的电费成本约为 3000 美元时,李世石只消耗了一块牛排和一杯咖啡;当天河二号每秒进行大约 55 千万亿次计算,消耗约 17.8 兆瓦的电力时,人脑只消耗大约 20 瓦的电力。

  面对高达万倍的功耗,科学家们正在探索像人脑一样低功耗的高效的计算方式——类脑计算。

图 | 计算与人脑(来源:techxplore)

  人脑是自然界中最完美的通用智能体,类脑计算借鉴人脑处理信息的方式,以更少的器件、更低的能耗与更高的能效比解决“内存墙”与“功耗墙”等诸多挑战。

  六十多年前,冯·诺依曼在《计算机与人脑》告诉我们:“神经系统,当被看做是一个自动系统时,具有算术的部分和逻辑的部分,而且算术的需要,和逻辑的需要同样重要。”

  这意味着,在研究神经系统时,从一定意义上来说,我们是和计算机打交道,同时,用计算机理论中熟悉的概念来讨论神经系统,也是需要的。

  六十年多后,科学家基于借鉴脑神经元工作原理,正在探索一种时域加空域,具备稀疏性的同时能够有效体现人脑处理信息时候的高效性、近似性与时空连续性的新型计算方式。

  此刻回望彼时,冯·诺依曼的计算机思想完全超越了计算机本身,俨然上升至人脑和细胞构造的哲学高度。人脑与计算机的对比研究又何尝不是如今“类脑计算”的早期雏形?

  诺贝尔物理学奖得主尤金·保罗·维格纳(Eugene Paul Wigner)在 1963 年发表获奖演说时,有人问:匈牙利如何在同时代培育出那么多天才?他的回答是:只有冯·诺依曼是天才。

  冯·诺依曼独特的思考和见解,正如《计算机与人脑》弁言中所言,它们既是昔日相关科学成就的创造性总结,又是如今乃至未来科学探索的理性依托。

图 | 《计算机与人脑》(来源:openlibrary)

  的确如此,一叶蔽目,不见泰山;两豆塞耳,不闻雷霆。

  当我们回望半个多世纪,便会惊讶地发现,先贤们思想的意义与价值跨越了时间和空间,也已超越了“人脑”和“电脑”,成为启迪后人的珍宝。

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