【Brain】大脑为何如此耗能?比较计算与通信的代谢能效
导语
为什么人脑仅占2%的体重,却消耗了人体20%的能量?人脑与计算机之间谁的能耗更高?大脑的代谢模式怎样启发计算机与人工智能设计?最近的研究发现,大脑在处理计算与通信两种任务时,代谢模式不同,且大脑通信的代谢成本远高于计算。大脑能耗研究也为下一代高性能低功耗计算机的研发提供了启示。
研究领域:大脑能量消耗,最优计算,神经计算,信息处理
Vijay Balasubramanian | 作者
张澳 | 翻译
梁金 | 审校
邓一雪 | 编辑
1. 大脑能量消耗之谜
1. 大脑能量消耗之谜
2. 大脑中的通信和计算
2. 大脑中的通信和计算
图1.初级视觉皮层(V1),位于大脑内侧枕叶的距状沟中(后脑勺左右侧)。V1是皮层中的“第一个”视觉处理区域, LGN(外侧膝状体核,位于丘脑,接受视网膜大部分视觉信息输入)将大部分轴突信号发送至V1皮层。
图2.一个典型的神经元由胞体(cell body),树突(dendrite)和轴突(axon)组成,轴突的最远端是突触(synapse),神经元可以通过突触将信号传输到另一个细胞。
3. 大脑耗能对计算机设计的启发
3. 大脑耗能对计算机设计的启发
*译注: Landauer 原理表明,擦除1比特信息在理论上至少要产生k B Tln2 的能量耗散,这被称为Landauer极限。
图3. 大脑中的计算分布在网络中通信的特定组件之间。绿色圆圈表示皮质区域网络,每个区域执行不同的功能。橙色三角形表示锥体细胞网络,它们通过协作计算单个皮质区域的功能。Levy 和 Calvert 认为基本单元的计算成本相比于它们之间的通信成本而言微不足道。
参考文献
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