济南量子技术研究院：国际首个集成化量子频率转换芯片研制成功

流域面积小于200平方千米的河流被认定为中小河流，济南量技际首个集成在国内，流域面积小于100平方千米的河流超过5万条。

另一方面，术研究院国科研创新没有尽头，他希望病原室的研究者继续努力，严格要求自己，保持头脑清醒。而支撑起这次微生物所抗疫全链条联动的，化量频率则是实验室十余年的创新与沉淀。

转换芯片研制成功《中国科学报》 (2020-08-27 第4版 聚焦)。济南量技际首个集成这是病原室凝练的室训。和而不同，术研究院国跨越创新。刘翠华从美国哈佛回国后，化量频率先后在中国医学科学院基础所、化量频率解放军第309医院等多个机构做研究，2010年她以青年研究组长的身份被引进微生物所，获得独立的机会。近年来，转换芯片研制成功实验室对成果转移转化愈加重视。

最近，济南量技际首个集成微生物所第二款疫苗重组黑猩猩腺病毒载体新冠疫苗，也已与企业达成协议共同开发，目前处于临床前准备阶段。此外，术研究院国温廷益团队合成的全球首款尼龙56材料8月底在黑龙江投产，日产量足以制作数百万套防护服，弥补了生物安全防控中通常缺失的防护研究一环。自然界中，化量频率很多神经元远低于100万的昆虫就能做到实时目标跟踪、路径规划、导航和障碍物躲避。

项目研究骨干吕攀介绍说：转换芯片研制成功目前达尔文类脑操作系统的功能任务切换时间达微秒级，可支持亿级类脑硬件资源管理。但搬运的速度要远远低于计算的速度，济南量技际首个集成反而让搬运本身成为关键瓶颈。比如，术研究院国存储墙问题是由于现有的冯诺依曼架构中数据储存和计算的分离产生的，术研究院国这就好比信息存储在甲地，要计算的时候就把信息搬到乙地去，计算好了再搬回甲地去。同时，化量频率还用类脑计算机模拟了多个不同脑区，建立了丘脑外侧膝状核的神经网络模型，仿真了不同频率闪动的视觉刺激时该脑区神经元的周期性反应。

面向未来，学科交叉会聚将成为解决重大问题的新方法，基于多学科、多领域的系统创新将成为研制类脑计算机的有效形式。别看现在的类脑计算机是个大块头，科学家们表示，随着达尔文芯片及其他硬件的不断迭代升级，体积缩小将指日可待。

项目研究骨干金孝飞介绍，每颗芯片上有15万个神经元，每4颗芯片做成一块板子，若干块板子再连接起来成为一个模块。如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的来源，并自负版权等法律责任。在另一个实验场景中，课题组成员给计算机演唱一首歌其中的两句，然后，计算机就能通过回想把后续的歌曲内容唱出来。未来，项目团队将基于我国自主产权类脑芯片，研制规模更大的神经元类脑计算机，同时研究支撑其运行与开发的类脑基础软件体系，并逐步实现开源与开放，为我国类脑计算新技术的发展贡献力量。

潘纲介绍说，用硬件及软件模拟大脑神经网络的结构与运行机制，构造一种全新的人工智能系统，这种颠覆传统计算架构的新型计算模式，就是类脑计算。类脑计算机的发展速度很有可能也会令人惊讶。1.6米高的三个标准机柜并排而立，黑色的外壳给人酷酷的感觉，红色的信号灯不停地闪烁，靠得近些似乎能听到里面脉冲信号飞速奔跑的声音。那么，这种高效能低功耗是如何实现的呢？项目研究骨干马德副教授说，大脑神经元的工作机理是钾离子钠离子的流入流出导致细胞膜电压变化，从而传递信息，可以简单理解为，一个神经元接受输入脉冲，导致细胞体的膜电压升高，当膜电压达到特定阈值时，会发出一个输出脉冲到轴突，并通过突触传递到后续神经元从而改变其膜电压，实现信息的传递。

希望今天浙江大学和之江实验室的创新一小步，可以成就人类美好生活的发展一大步。2015年和2019年浙江大学分别研制成功达尔文1代和达尔文2代类脑计算芯片，用芯片去模拟大脑神经网络的结构与功能机制，在图像、视频、自然语言的模糊处理中具有优势。

然而计算机的发展，在当时选择了以数值计算见长的冯诺依曼架构，也就是以数字加减乘除的方式来进行信息架构。未来类脑计算机或将植入手机、机器人，产生新的智能服务体验。

之江实验室主任、浙江大学党委副书记朱世强表示，双方科研团队夜以继日，快速完成了研发设计，这一阶段性成果具有重大里程碑意义。为此，科研人员专门研发了一个面向类脑计算机的类脑操作系统DarwinOS。而这次的成果是将792颗我国自主产权的达尔文2代类脑计算芯片集成在3台1.6米高的标准服务器机箱中，形成了一台强大的机架式类脑计算机。这一幕似乎并不新鲜，现有的机器人也能做到。这台类脑计算机就是这样像搭积木一样搭起来。类脑芯片的工作原理就类似于生物的神经元行为，通过脉冲传递信号，这样就能实现高度并行，效率提升。

一位业内人士表示，从加减乘除这样的数值计算方式，到模拟大脑的脉冲计算方式，这是一次重要的计算模式的变革只见1号机器人凭借自带摄像头开始在场地巡逻，当发现堤坝缺口后，就呼叫负责工程的3号机器人前来修坝，同时搜寻受伤人员，当发现倒在地上的人体模型后，又呼叫负责救援的2号机器人。

近年来，浙江大学聚焦人类智能与机器智能等核心领域，实施了简称为双脑计划的脑科学与人工智能会聚研究计划，希望借鉴脑的结构模型和功能机制，将脑科学的前沿成果应用到人工智能等研究领域，建立引领未来的新型计算机体系结构。同时，还用类脑计算机模拟了多个不同脑区，建立了丘脑外侧膝状核的神经网络模型，仿真了不同频率闪动的视觉刺激时该脑区神经元的周期性反应。

一位业内人士表示，从加减乘除这样的数值计算方式，到模拟大脑的脉冲计算方式，这是一次重要的计算模式的变革。类脑芯片的工作原理就类似于生物的神经元行为，通过脉冲传递信号，这样就能实现高度并行，效率提升。

之江实验室主任、浙江大学党委副书记朱世强表示，双方科研团队夜以继日，快速完成了研发设计，这一阶段性成果具有重大里程碑意义。面向未来，学科交叉会聚将成为解决重大问题的新方法，基于多学科、多领域的系统创新将成为研制类脑计算机的有效形式。未来类脑计算机或将植入手机、机器人，产生新的智能服务体验。目前，浙江大学与之江实验室的科研人员基于Darwin Mouse类脑计算机已经实现了多种智能任务。

生物大脑在与环境相互作用过程中能够自然产生不同的智能行为，包括语音理解、视觉识别、决策任务、操作控制等，而且消耗的能量非常低。近日，浙江大学联合之江实验室共同研制成功了我国首台基于自主知识产权类脑芯片的类脑计算机（Darwin Mouse）。

研究者将类脑计算机作为智能中枢，实现抗洪抢险场景下多个机器人的协同工作，涉及到语音识别、目标检测、路径规划等多项智能任务的同时处理，以及机器人间的协同。1.6米高的三个标准机柜并排而立，黑色的外壳给人酷酷的感觉，红色的信号灯不停地闪烁，靠得近些似乎能听到里面脉冲信号飞速奔跑的声音。

说起来容易，可要让这么多神经元能够互联并且可拓展从而实现高效的联动组合，同时要把杂乱无章的信息流有序分配到对应的功能脑区，可不那么简单。而由此带来的数据跑动，以及人工智能等高耗能计算又让功耗墙问题冒了出来。

如果能解决这个问题，类脑计算机就能变得更加智能。项目研究骨干吕攀介绍说：目前达尔文类脑操作系统的功能任务切换时间达微秒级，可支持亿级类脑硬件资源管理。目前，市面上的传感器输入的信号还是以数字为主，在应用到Darwin Mouse类脑计算机上，要加一个编码层，将信号转换为脉冲式的，而在这个过程中，信息有丢失和损伤，会在一定程度上降低计算机的功效。当前，类脑计算研究还处于初级阶段，Darwin Mouse类脑计算机，无论从规模还是智能化程度上都与真正的人类大脑还有很大的差距，但其意义在于能够为这种技术路径提供一个重要的实践样例，为研究人员提供一个工具和平台，验证类脑算法，以更强的鲁棒性、实时性和智能化去解决实际的任务。

自然界中，很多神经元远低于100万的昆虫就能做到实时目标跟踪、路径规划、导航和障碍物躲避。他表示，人工智能浪潮正加快智能增强时代的到来，类脑计算机将成为未来计算的主要形态和重要平台，将在模拟脑功能、高效实现AI算法、提升计算能力等方面发挥重要的独特作用。

这台类脑计算机就是这样像搭积木一样搭起来。真正像脑一样思考 有了硬件，还得有软件。

作者：柯溢能 吴雅兰 来源：浙江大学微信公号 发布时间：2020/9/1 17:05:34 选择字号：小 中 大 中国科学家成功研制全球神经元规模最大的类脑计算机 9月1日，亿级神经元类脑计算机重大成果新闻发布会在杭州召开。由此，类脑计算机研究的价值真正得以实现既可以应用于生活中的智能任务处理，也可以应用于神经科学研究，为神经科学家提供更快更大规模的仿真工具，提供探索大脑工作机理的新实验手段。