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類(lèi)腦芯片能取代人類(lèi)工作嗎?來(lái)看這份最新發(fā)布的報告

2023-09-09 13:03:29來(lái)源:澎湃新聞

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)加速變革,新的顛覆性技術(shù)不斷涌現,未來(lái)產(chǎn)業(yè)成為重塑全球創(chuàng )新版圖和經(jīng)濟格局的重要領(lǐng)域。


(相關(guān)資料圖)

2023年9月9日上午,由中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、上海市科學(xué)學(xué)研究所聯(lián)合編撰的《未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新的前沿領(lǐng)域》在浦江創(chuàng )新論壇成果發(fā)布會(huì )上正式發(fā)布。

成果發(fā)布現場(chǎng)。主辦方供圖

本報告從政府關(guān)注重點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景、對經(jīng)濟社會(huì )的全局帶動(dòng)和重大引領(lǐng)作用等方面,遴選出未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新的五大前沿領(lǐng)域——類(lèi)腦芯片、量子信息、合成生物學(xué)、綠色制氫和區塊鏈。

報告基于相關(guān)科技政策和研發(fā)投入、論文和專(zhuān)利、專(zhuān)家訪(fǎng)談、學(xué)術(shù)會(huì )議等科技數據進(jìn)行多維度分析,探討未來(lái)產(chǎn)業(yè)五大前沿領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢、區域研發(fā)優(yōu)勢、技術(shù)研發(fā)的方向和面臨的挑戰,以及中國在全球的技術(shù)定位,并提出上海未來(lái)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展策略。

類(lèi)腦芯片研發(fā)工作剛剛起步,無(wú)法取代人腦

報告顯示,類(lèi)腦芯片在2015年之后得到長(cháng)足發(fā)展,尤其是深度學(xué)習加速器近年取得重大進(jìn)展,中國的類(lèi)腦芯片研究起步較晚,但在2016年與美國同步進(jìn)入快速增長(cháng)期,目前中國的基礎研究和技術(shù)研發(fā)成果數量均居全球首位。

對于類(lèi)腦芯片的發(fā)展現狀,報告提出,全球研發(fā)大國在類(lèi)腦芯片領(lǐng)域競爭激烈,類(lèi)腦研究已上升為發(fā)達國家的科技戰略重點(diǎn)和力推的核心科技發(fā)展領(lǐng)域,被美國認為是“維持其主導全球軍事大國地位的戰略核心”,大國間競爭博弈日趨激烈。

中國目前基礎研究成果以及技術(shù)研發(fā)成果,在數量上均居全球首位,但論文存在學(xué)術(shù)影響力較低,研究質(zhì)量尚與頂級機構存在差距的問(wèn)題;專(zhuān)利技術(shù)則側重于類(lèi)腦芯片的應用研究,而基礎的材料、器件、架構電路和算法等方面的研發(fā)還需要加強,而且研發(fā)機構還需要更多企業(yè)的參與。

此外,報告顯示,在該領(lǐng)域,傳統芯片企業(yè)優(yōu)勢地位明顯,新加入角逐者亦有諸多機會(huì )IBM、英特爾、美光、高通、谷歌、微軟、英偉達等傳統芯片廠(chǎng)商憑借原有的產(chǎn)業(yè)、資金、人才等優(yōu)勢,迅速切入人工智能領(lǐng)域,積極布局,目前處于引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的地位。

但在2016年之后初建的中國中科寒武紀科技、之江實(shí)驗室等機構發(fā)展迅速,目前在類(lèi)腦芯片領(lǐng)域也占有一席之地;而時(shí)識科技在2020年正式從瑞士搬來(lái)中國,給中國創(chuàng )新能力注入了活力。但中國大學(xué)和院所的類(lèi)腦芯片研發(fā)成果較多,需要促進(jìn)用戶(hù)-企業(yè)-高校產(chǎn)學(xué)研用合作,暢通類(lèi)腦芯片研發(fā)應用鏈條。

對于受到普遍關(guān)注的,類(lèi)腦芯片能否達到人腦智能水平并取代人類(lèi)工作的問(wèn)題,該報告顯示,類(lèi)腦芯片取得了重大進(jìn)展。不過(guò),常用的深度學(xué)習加速器類(lèi)的芯片仍是基于傳統的“馮·諾依曼架構”建立類(lèi)腦芯片,它主要根據認知計算算法而非神經(jīng)元組織結構來(lái)設計芯片,在精準數值計算上擁有出色能力,也取得了非常顯著(zhù)的成果,目前已在自然語(yǔ)言處理、語(yǔ)音識別、自主機器人、自動(dòng)駕駛、智能娛樂(lè )、電商推薦、金融風(fēng)控、醫療診斷、智能家居等場(chǎng)景得到使用。

但是,其計算單元與存儲單元分離的架構,限制了它的計算速度和能耗效率。比如AlphaGo在下棋過(guò)程中約消耗了1兆瓦的電能,相當于一天約100戶(hù)家庭的供電量。相比之下,包含超過(guò)1000億個(gè)神經(jīng)元的人腦,消耗的功率僅20瓦。因此,深度學(xué)習加速器這種類(lèi)型的類(lèi)腦芯片,在諸多方面都不太可能取代人腦。

相比之下,另一種類(lèi)型的類(lèi)腦芯片——神經(jīng)形態(tài)芯片是從結構層逼近生物大腦,側重于參照人腦神經(jīng)元模型及其組織結構來(lái)設計芯片結構,其突出特點(diǎn)在于處理感知、認知和決策等復雜問(wèn)題時(shí),擁有更高的算力密度和能耗效率。

不過(guò),目前的神經(jīng)形態(tài)芯片還處于粗淺的模仿人腦階段,電腦和人腦在知識的表達、儲存、處理和應用等方面差距較大。加上目前人類(lèi)對自己大腦的了解并不深入,模仿人腦的工作還處于非常初級的階段。因此,類(lèi)腦芯片的研發(fā)工作現在只是剛剛起步,更不用說(shuō)取代人腦。但是,一些重復、高度規范化的工作將會(huì )被機器取代,將人類(lèi)解放出來(lái)開(kāi)展更有創(chuàng )造性的工作。

中國在量子通信占據主導地位

在量子信息領(lǐng)域,報告顯示,創(chuàng )新大國在量子信息領(lǐng)域競爭激烈。美國的量子計算和量子測量?jì)?yōu)勢明顯,而中國在量子通信占據主導地位。

對于上海目前的優(yōu)劣勢,報告提出,上海具備優(yōu)越的科研和教育資源,擁有眾多高等學(xué)府和科研機構,如上海交通大學(xué)、復旦大學(xué)、同濟大學(xué)、華東師范大學(xué)、上??萍即髮W(xué)和中國科學(xué)院上海分院等,這些機構在量子信息領(lǐng)域具有強大的科研實(shí)力和人才儲備。

同時(shí),上海是中國最重要的經(jīng)濟和科技中心之一,擁有完善的產(chǎn)業(yè)鏈和市場(chǎng)環(huán)境,能夠有效地將量子信息技術(shù)與實(shí)際應用相結合,推動(dòng)量子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。上海市和中國政府對于量子信息的發(fā)展給予了重要支持,通過(guò)政策和資金的投入,為上海的量子信息研究和創(chuàng )新提供了良好的環(huán)境和條件。

然而,作為一個(gè)經(jīng)濟和科技中心,上海面臨著(zhù)來(lái)自其他城市以及國際上其他量子信息研究中心的激烈競爭。這意味著(zhù)上海需要不斷提高自身的創(chuàng )新能力和競爭力,以保持領(lǐng)先地位。量子信息領(lǐng)域需要高度專(zhuān)業(yè)化的人才,而人才的供給可能會(huì )受到限制。上海需要吸引、培養和留住優(yōu)秀的量子信息科學(xué)家和工程師,以保持人才優(yōu)勢。

此外,盡管上海有強大的科研實(shí)力,但在將科研成果轉化為實(shí)際應用和商業(yè)化方面仍存在一定的挑戰。上海需要加強學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的合作,促進(jìn)技術(shù)的商業(yè)化和市場(chǎng)化。

因此該報告建議,在上海鼓勵創(chuàng )業(yè)創(chuàng )新和孵化器發(fā)展,建立企業(yè)和科研院所合作機制,加強知識產(chǎn)權保護,推動(dòng)國際合作平臺建設,促進(jìn)人才交流和培養并合理統籌調配資源,最大程度地發(fā)揮上海各區的優(yōu)勢。

在合成生物領(lǐng)域中國屬于第二梯隊

在合成生物領(lǐng)域,報告顯示,美國在合成生物學(xué)領(lǐng)域研究中屬于第一梯隊,中國、日本、英國屬于第二梯隊。同時(shí),合成生物學(xué)的研究形成了比較固定的學(xué)術(shù)合作圈,在科技創(chuàng )新合作中地緣關(guān)系影響較大。

對于上海的發(fā)展策略,報告建議,加大基礎研究資助投入,上海合成生物學(xué)基礎研究論文成果的國際來(lái)源、國家來(lái)源、本地來(lái)源基金資助率,在前十中國城市中分別居第2、6、8位。合理增加科研投入開(kāi)展前沿領(lǐng)域探索和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),將有益于學(xué)術(shù)能力和影響力的提升,取得原創(chuàng )性科研成果。

同時(shí),上??梢宰畲蠡镜丶夹g(shù)資源優(yōu)勢,合成生物學(xué)是生物科技(BT)與信息科技(IT)融合交叉的典范,而上海市正在打造“國際數字之都”,數字經(jīng)濟占GDP比重已超過(guò)50%,計算機軟硬件企業(yè)數量為全國之首。但上海合成生物學(xué)的生物體設計與自動(dòng)化平臺等中游成果并不突出。

此外,上??梢约訌娂夹g(shù)研發(fā)的企業(yè)參與度,中國和上海市技術(shù)研發(fā)成果較多的機構全部為大學(xué)院所,而美歐卓越研發(fā)機構大部分為全球最強企業(yè),包括巴斯夫、諾華、默克這樣的應用領(lǐng)域的龍頭企業(yè),也有因美納(ILLUMINA)這樣專(zhuān)注于基因測序等生物技術(shù)研發(fā)的企業(yè)。同時(shí),報告建議,上??梢詮娀嫌魏椭杏慰萍佳芯?。

隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)單、高效、價(jià)廉的CRISPR基因編輯技術(shù)可以精確地改變動(dòng)植物甚至人類(lèi)的基因,目前的合成生物學(xué)技術(shù)更可以從頭設計、合成和組裝生命體,這可能會(huì )出現生物安全以及生物倫理等問(wèn)題,應該如何防范?

對此,記者也從會(huì )上獲悉,合成生物學(xué)被譽(yù)為“認識生命”的鑰匙,其“設計生命”能力也在逐步加強中,這可以為解決人類(lèi)在新能源、環(huán)境環(huán)保、健康醫藥、農業(yè)食品、新材料等領(lǐng)域的重大問(wèn)題提供可能解決方案而擁有廣闊前景。

比如在2023年8月,中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所和中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合作發(fā)表論文,他們已經(jīng)實(shí)現精準控制二氧化碳合成不同結構與功能的己糖,其碳轉化率高于傳統植物光合作用,也是目前人工制糖路線(xiàn)中碳轉化效率的最高水平??梢?jiàn)合成生物學(xué)對于人類(lèi)科技、經(jīng)濟、社會(huì )發(fā)展意義重大。

但是,合成生物學(xué)的不確定性與不可控性的本質(zhì)特征決定了它在帶給人類(lèi)變革性受益前景的同時(shí),也存在諸多倫理爭議如用于人類(lèi)增強目的的“定制嬰兒”,以及生物安全隱患,如活性細胞在環(huán)境中的釋放可能導致的生態(tài)環(huán)境破壞,惡意使用包括生產(chǎn)生物武器、合成致命病毒或細菌等。

因此,合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)需要完善的監督和管理體系,這與合成生物學(xué)的特征及其可能產(chǎn)生的新的特殊的潛在風(fēng)險有關(guān),這些風(fēng)險超出了原有的重組DNA技術(shù)與基因工程的監管框架。

比如,近年來(lái)發(fā)展較快的合成生物學(xué)核心技術(shù)之一——基因編輯技術(shù),其作為對抗疾病的一種治療手段有著(zhù)巨大的潛力,但由于其涉及到基因片段的敲除和添加,其中還有許多待解決的工程學(xué)和科學(xué)問(wèn)題。貿然將該技術(shù)應用于人體不僅會(huì )產(chǎn)生嚴重的科技倫理問(wèn)題,更會(huì )對目前的法治框架及監管造成挑戰。

為了有效防范風(fēng)險,全球各國政府應達成共識,更加關(guān)注合成生物學(xué)帶來(lái)的生物安全隱患,共同建立一套針對合成生物學(xué)的生物安保風(fēng)險的強效、可執行的監管辦法。比如按照風(fēng)險的緊急和危害程度擬定評估框架,相關(guān)機構采取靈活的生物和化學(xué)防御戰略,加強公共衛生基礎設施建設以充分預防潛在的生物攻擊。對于任何合成生物的研究必須滿(mǎn)足規定的安全要求和遵守嚴格的安全程序。建立標準化合成生物元件庫并實(shí)施嚴格管控,按生物元件功能,進(jìn)行生物元件的安全性評級,對于具有安全風(fēng)險的元件進(jìn)行標簽設計并限制其信息公開(kāi)。

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