2、事件驱动神经形态系统的通信奥秘

事件驱动神经形态系统的通信奥秘

在当今科技飞速发展的时代，动物大脑与外界轻松交互的能力始终对技术领域提出挑战。尽管数字计算机在硬件、软件和系统概念方面取得了巨大进步，但在众多任务中，尤其是从功耗角度考虑，大脑的表现仍远超技术计算机。

大脑与技术计算机的性能对比

动物大脑的高效能令人惊叹。以蜜蜂为例，它在采集花蜜时展现出卓越的任务执行、导航和社交智能，仅使用不到一百万个神经元，功耗低于一毫瓦，其离子器件物理特性的体迁移率比电子器件低约一千万倍。相比之下，2009 年在超级计算机上进行的“猫规模”神经模拟，模拟 10¹³ 个突触连接时速度比实时慢 700 倍，功耗约 2 兆瓦；DARPA 大挑战的机器人汽车沿着密集 GPS 定义的路径行驶，携带超过一千瓦的传感和计算功率。

大脑的结构与功能特点

大脑的处理过程分布在数十亿个基本单元——神经元中。每个神经元与数千个其他神经元相连，通过突触接收输入，通过树状的树突收集和转换输入，并通过树状的轴突分配输出。神经元之间的突触连接实现的记忆与处理通过空间排列和模拟交互共同定位在神经元的输入树突上。突触可塑性复杂而精妙，使动物能够在一生中保留重要记忆，同时在毫秒级的时间尺度上学习。轴突通过复杂的分支将异步尖峰事件传递到多个目标，在新皮层中，大多数目标靠近源神经元，表明网络处理具有很强的局部性，用于远程整合的带宽相对较小。大脑的各种感知、认知和行为功能在大脑空间中系统地组织，各专业区域内也能辨别出这些过程的某些方面，其组织方式暗示了一个由丰富交互的专家组成的联盟。总体而言，大脑的特点是拥有大量处理器，在庞大的点对点有线通信基础设施上进行异步消息传递。

神经形态工程的发展历程

过去二