科學家：人腦比最快的超級計算機還要強大

Daphane

來源:大紀元


一台超級計算機需要82,944個處理器和40分鐘，來模擬一秒鐘的人腦活動。作為比較，人類大腦的神經元數量與銀河系中的恆星數量一樣多。(Shutterstock)

【大紀元2022年12月07日訊】（英文大紀元記者Tara MacIsaac報導／趙孜濟編譯）在這個信息時代，我們人類的大腦仍然是一個謎，這是一件令人羞愧的事情。
我們花費數百萬美元開發更複雜的超級計算機，並花費大量能源為我們的設備供電，然而，永遠方便、高效和便宜的人腦在各個方面都超越了我們的頂級技術。本文列出一些事實。


1. 一台超級計算機需82,944個處理器和40分鐘來模擬一秒鐘的人腦活動
幾年前，日本沖繩工業大學研究生院（the Okinawa Institute of Technology Graduate University）和德國尤利希研究中心（Forschungszentrum Jülich）的研究人員使用K超級計算機來模擬人類大腦的一秒鐘活動。
當時，計算機可以容納17.3億個神經細胞（神經元）的網絡模型。然而，人類大腦有大約1,000億個神經元。作為比較，人類大腦的神經元數量與銀河系中的恆星數量一樣多。
雖然計算機成功地模擬了一秒鐘的大腦活動，但花了40分鐘。
K超級計算機是當時世界上最快的計算機，直到2011年黯然失色（它於2019年退役）。但在2014年，它能夠每秒處理10.51 Petaflops（Petaflop/s）的數據，你可以理解為大約每秒10,510萬億次計算。
由於技術進步日新月異，在短短三年內，超級計算機天河二號的計算能力增加了兩倍，達到了33.86 Petaflop/s（每秒33,860萬億次計算）。
當時，iPhone5s內部的圖形單元每秒產生約0.0000768 Petaflop的數據。因此，世界上最快的計算機比iPhone 5s內部的圖形單元快約440,000倍，但仍比人腦慢幾個數量級。
南加州大學安納伯格傳播學院（the Annenberg School of Communication at the University of Southern California）的馬丁‧希爾伯特（Martin Hilbert）於2011年發表在《科學》雜誌上的一項研究評估了世界計算信息的能力。希爾伯特這樣說：「作為比較，2007年人類可以在其通用計算機上每秒執行6.4*1,018條指令，與一個人腦每秒執行的最大神經衝動數量處於同一範圍內。」


2. 大腦所需能源與計算機的差距
撇開罕見的先天缺陷不談，我們生來就有大腦，它們正好適合我們的頭骨！據《福布斯》（Forbes）報導，天河二號的建造成本約為3.9億美元。在峰值功率下，它消耗超過17.6兆瓦的電力，計算機綜合體占地約2,300平方英尺（720平方米）。其他一些被認為節能的超級計算機消能大約為8兆瓦。
一兆瓦等於100萬瓦。一個100瓦的燈泡一打開就會消耗100瓦，因為「瓦特」是指每秒使用的能量。因此，世界上最快的計算機消耗的功率相當於176,000個燈泡。
戴爾（Dell）企業技術專家傑夫‧萊頓（Jeff Layton）博士在一篇博客文章中寫道：「這些系統非常大，價格昂貴，而且耗電。」
當然，大腦也需要能源。大腦的能量來自食物，在我們的現代農業系統中，食物提供能源。


3. 超級計算機的泡沫比房地產泡沫更大
雖然我們在日常生活中使用的計算機非常有用，但一些專家對超級計算機的有用性表示懷疑。
《南華早報》在一篇關於中國的天河二號的文章中說：「與可以處理從文字處理到遊戲和網頁瀏覽等各種任務的家用計算機不同，超級計算機是為非常特定的目的而構建的。為了充分利用它們的全部計算能力，研究人員必須花費數月甚至數年的時間，編寫或重寫軟件代碼，以訓練機器有效地完成工作。」
《華盛頓郵報》引用一位未透露姓名的北京計算中心的資深科學家說：「超級計算機泡沫比房地產泡沫更糟糕。一棟建築建成後會屹立幾十年，但一台計算機，無論今天有多快，五年後都會變成垃圾。」


4. 大腦帶寬與調製解調器相比如何？
許多科學家已經嘗試過估算人類思維處理速度的度量。他們給出的結果因方法而異。將調製解調器的帶寬與大腦的「帶寬」進行比較並不是精確的科學。
首先，我們將看看大腦每秒可以處理多少比特的數據（bps），然後我們看看一個普通調製解調器可以處理多少bps。你可以根據你通過互聯網上傳圖片需要多長時間來估算，而不是你處理你眼前看到的東西需要多長時間。
哥本哈根商學院（Copenhagen Business School）科學哲學兼職教授Tor Nørretranders博士寫了一本名為「用戶錯覺：將意識縮小」（The User Illusion: Cutting Consciousness Down to Size）的書。他在書中指出，有意識的頭腦每秒處理大約40比特，而潛意識每秒處理1,100萬比特。
奧地利理論物理學家赫伯特‧弗蘭克（Herbert W. Franke）指出，人類的大腦可以有意識地每秒吸收16比特，並且可以有意識地在頭腦中一次保持大約每秒160比特。有趣的是，他指出，因此，大腦可以將任何情況的複雜性降低到160比特。
法國普羅旺斯大學（the Université de Provence）的認知心理學家費爾明‧莫斯科索‧德爾‧普拉多‧馬丁（Fermin Moscoso del Prado Martin）確定，人腦可以處理大約每秒60個比特。在一篇關於他工作的《技術評論》（Technology Review）的評論中，他指出，他不知道上限，這意味著他不能肯定，大腦是否無法處理超過60個比特的速率。
現在，讓我們看看家用調製解調器有多快。
1M比特（Mbps）等於100萬比特。家用調製解調器的工作速度從每秒50M比特到幾百M比特不等。這比你的意識快數百萬倍，至少是潛意識的五倍。在這個問題上，計算機勝了一籌，它們確實勝過大腦。當然，人們對潛意識的了解仍然如此之少，所以這些數字遠未確定。
即使我們的大腦在吸收數據方面相對較慢，大腦處理數據的方式也是驚人的。


5. 我們可以學習 我們可以發明
人工智能（AI）在開發創造性計算機方面正在取得進展。但是，最先進的人工智能也遠遠落後於人類大腦，就像幾千年前一樣。
在為MakeUseOf.com撰寫的一篇文章中，電氣工程師和自由撰稿人瑞安‧杜貝（Ryan Dube）評論了加里‧馬庫（Gary Marcus）的論述：「計算機和人類思維之間的根本區別在於記憶的基本組織。」
杜貝寫道：「為了檢索數據，計算機使用邏輯存儲位置。而人腦根據線索記住信息的存儲位置。這些線索是與需要檢索的信息相關的其它信息或記憶。」
「這意味著人類的大腦可以通過各種方式連接幾乎無限數量的概念，而且有時會根據新信息斷開連接，或重新創建連接。這使人類能夠超越已經學到的東西的界限，這就給予了人類之所以能成為人類的新藝術和新發明。」


6. 我們仍然不了解大腦 我們可能還會發現更多深邃的好處
《國家地理》（National Geographic）展示了精確繪製人腦地圖的任務是多麼艱巨。它在2014年2月的題為「大腦的新科學」（The New Science of the Brain）的文章中說，科學家們創建了一個3D模型，模擬一粒鹽大小的小鼠大腦的一部分。為了準確地繪製出小鼠大腦的這一小部分，他們使用電子顯微鏡將其成像為200個部分，每個部分都像人類頭髮一樣細。「以這種詳細程度可視化人腦，將需要相當於世界上所有圖書館中所有書面材料的數據量。」《國家地理》寫道。
2005年，加州理工學院（Caltech）和加州大學洛杉磯分校（UCLA）的研究人員發現，大腦的1,000億個神經元中只有少數用於存儲有關人物、地點或概念的信息。例如，他們發現，當測試對象看到女演員詹妮弗‧安妮斯頓（Jennifer Aniston）的照片時，大腦中的一個特定神經元會做出反應，而另一個神經元專門對女演員哈莉‧貝瑞（Halle Berry）的形象做出反應。

原文「Scientists Reveal How Powerful the Human Brain Is Compared to the Fastest Supercomputers in the World」刊於英文《大紀元時報》網站。