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发布日期：2024-05-29 21:06 点击次数：63
5月27日音尘，近日瑞士生物计议初创公司FinalSpark推出了众人第一个基于体外生物神经元的在线生物计议平台“Neuroplatform”，八成进行学习和处理信息，比拟传统数字处理器的功耗低了100万倍。
能耗更低的生物策脱手艺
FinalSpark公司暗示，刻下社会，处理数字信息所需要的巨大动力资本，一经成为了当代科学手艺跳跃的紧要代价之一。极度是跟着生成式东说念主工智能（AI）的爆发，所查验的AI大模子参数也变得越来越大，使用大模子的用户越来越多，需要的基于硅基的AI芯片也越来多，破钞的动力也越来越弘大。
举例，查验像 GPT-3这么的单个大谈话模子约略需要 10 GWh的能耗，这约略是欧洲公民每年使用动力的 6，000 倍。除了与查验LLM联系的多数动力需求外，推理资本亦然一个一样时弊的问题。据 OpenAI 首席履行官 Sam Altman 最近线路的数据泄露，OpenAI 等平台每天通过 ChatGPT 等管事生成杰出 1000 亿个单词，这所带来的能耗也将是尽头惊东说念主的。使用 LLaMA 65B 模子看成参考点的初步计议标明，仅单词生成的能量破钞就从每天 450 到 6000 亿焦耳不等。天然为众人数百万用户提供东说念主工智能驱动的见识和交互是必要的，但这种动力使用量突显了更节能计议范式的时弊性。
凭据商场调研机构Factorial Funds的阐明泄露，OpenAI的笔墨生成视频模子Sora一个月内使用4，200至10，500片H100 GPU，其中单个H100能在约12分钟内生成一个一分钟视频，或者每小时约5个一分钟视频。而在Sora岑岭时期需要72万个H100 GPU。按照H100 GPU的峰值功耗为700瓦，要是再算上GPU自己及管事器、数据中心所需要配套的其他部件及散热所需的功耗，领有72万个H100 GPU的一个AI数据中心每小时的能耗将会杰出7.2亿瓦时。
高盛发布的一项最新征询阐明也暗示，跟着东说念主工智能的快速发展，关于算力的需求亦然越来越高。预测到2030年，众人AI数据中心关于电力的需求将增长160%。
FinalSpark指出，东说念主工智能的发展不可只是因为“它破钞太多动力”而通过实施监管来限制现存东说念主工智能模子的诱骗和使用，因为失去手艺发展的最先地位可能会带来巨大的计谋资本。因此，应该在增多绿色动力供给的同期，禁受更为节能的相等规策脱手艺，来看成减少二氧化碳排放的最好路线。
费力泄露，生物计议即是一种更为节能的相等规策脱手艺，这一个由活神经元构建计议机的领域，其最大上风之一是神经元计议信息所需的能量比数字计议秘要少得多。据算计，活体神经元破钞的能量比咱们刻下使用的数字处理器要低 100 万倍以上。比如东说念主脑约略有860亿个神经元，而功耗仅为20瓦傍边。
FinalSpark暗示，鉴于现存的基于硅基芯片来脱手的东说念主工神经会聚 （ANN）所靠近的巨大功耗问题，正在兴起的基于东说念主工生物神经会聚（BNN）的生物计议机具有很诱东说念主的出息。
FinalSpark的生物计议平台“Neuroplatform”
凭据征询泄露，活体大脑中的神经是具有高度可塑性的，这种可塑性是不错由许多身分触发，实践上是由到达咱们大脑的任何感官刺激触发的。当咱们作念一些新的事情时尤其如斯，举例学习、阅读、科罚问题、学习新动作或任何新体验——无论是在外部寰宇照旧在里面寰宇（通过情谊，咱们通过情谊来感知咱们的里面信号）。
FinalSpark即是试图通过电刺激触发的活体神经元的可塑性，哄骗活体神经元的天然材干来量化、存储和处理信息。FinalSpark的办法所以可预测的、可控的神气修改活体神经元，从而允许履行计议。
“咱们信赖，这是生物计议新兴领域的明天，其中生物元素被用作硬件。毕竟，还有什么生物物资能比活的神经元更适悉数议呢？”FinalSpark在其官方博客著作中写说念。
为了征询生物策脱手艺，FinalSpark实验室使用了成体体细胞（如皮肤细胞）重编程为指点多颖悟细胞（iPSC）的东说念主类神经元构建了一个神经球，这是一个由约 10000个活神经元组成的活体“类脑器官”（FO），直径约为 0.5 毫米。通常，这类神经球被用于生物医学征询、征询脑部疾病以及更好地了解东说念主类大脑的责任旨趣。然而，FinalSpark初度将它们用于生物计议，旨在构建一种新式计议机处理器。
这次，FinalSpark所推出的在线生物计议平台“Neuroplatform”即是由16个上述“类脑器官”组成，其中每4个“类脑器官”使用多电极阵列（MEA）来流畅，即组成脑组织的3D细胞团。换句话来说即是，每个MEA可容纳四个“类脑器官”，总共使用8个电极流畅（如下图），使用数模调换器 （DAC） 发送电信号，并通过模数调换器 （ADC） 从神经元采集信号。
据先容，MEA 安装禁受空气-液体界面 (ALI) 秩序，其中将类脑器官径直扬弃在位于通透膜上方的电极上，培养基在 170 μL 腔室中在该膜下方流动。由名义张力酿成的一层薄薄的培养基将类器官的上侧与加湿的培养箱空气离隔。部分遮掩 MEA 的盖子进一步保护了这种打发（如下图）。与浸没式培养的秩序比拟，这种 ALI 秩序可兑现更高的通量和更高的强壮性，因为不需要极度的涂层，融资炒股况兼类脑器官也不太容易从电极上零碎。
该生物计议系统中的电极是既不错进行刺激（输入），也不错进行纪录（输出）的。相应的数模调换和模数调换由 Intan RHS 32 探头履行。使用范围从 10 nA 到 2.5 mA 的电流戒指器履行刺激，并通过测量每个电极上的电压来赢得纪录，采样频率为 30 kHz，分辨率为 16 bit，精度为 0.15 μV。探头流畅到 Intan RHS 戒指器，戒指器又通过 USB 端口流畅到计议机。
△以 μV 为单元测量 32 个电极中每个电极一秒钟的电活动，每组 8 个电极纪录不同的类脑拼装
上图泄露了 32 个电极中的每一个所纪录的电活动。不错致密到，每个电极纪录的活动是不同的。因为，每组 8 个电极纪录不同的类脑器官，况兼关于给定的类脑器官，每个电极纪录亦然在不同的位置。该泄露的数据一经及时刷新呈现在了网上，征询者不错通过FinalSpark的网站，全天候检讨。
FinalSpark暗示，“咱们比较了此 ALI 安装的纪录特质与监测浸没式类脑器官的 MCS MEA (60MEA200/30iR-Ti)，使用统统疏导的 Intan 系统进行电压调换。下图泄露了分裂使用 ALI 和浸没式安装纪录的动作电位重复图，并泄露了相似的信号特质。
Neuroplatform系统依赖于一个札记本电脑来进行操控，提供对 3 种资源的探问：
1. 一个数据库，其中存储了关系Neuroplatform系统的系数信息；
2. 在专用 PC 上脱手的 Intan 软件，用于纪录 200 毫秒时间窗口内检测到的尖峰数目和缔造刺激参数；
3. 凭据刺激参数触发电流刺激的树莓派诱骗板。
类脑器官寿命已超100天
为了保管类脑器官的生命，需要保合手在无菌的37℃傍边环境的环境中，并不休供应神经元培养基 (NM)。对此，FinalSpark遐想了闭环微流体系统，可兑现全天候培养基供应，从而减少培养箱中物理纷扰的干扰，并确保强壮的环境要求。
据先容，该培养基以 15uL/min 的速度轮回，培养基流速由 BT-100 2 J 蠕动泵戒指，并凭据需要（举例在实验脱手时间）不休协调。蠕动泵使用 RS485 接口流畅到 PC 戒指软件，用于编程（即 Python）或手动操作。
该微流体回路系统由 0.8 毫米（内径，ID）管说念制成。使用 Fluigent 流量传感器对微流体回路和流速进行合手续监测，该传感器通过 USB 流畅到 Neuroplatform 戒指中心。与介质流速联系的数据存储在数据库中以供以后探问。
此外，每个MEA 齐配备了一个 1230 万像素的录像头，不错通过交互神气或编程神气（举例通过 Raspberry Pi）戒指，捕捉静态图像或录制视频，以识别举例细胞坏死、微流体可能导致的类器官位移、培养基酸度变化（使用情怀分析，因为咱们的培养基含有酚红）、稠浊、神经玄色素生成（可能在开释多巴胺时发生）、溢出（培养基意外中填充了膜上方的腔室）或培养基中的气泡等问题。
在类脑器官寿命方面，FinalSpark暗示，最初它们的寿命只须几个小时，但经由多样转变，极度是与微流体系统联系的转变，在最好的情况下已将其寿命延迟至杰出100天。
已有32个征询小组苦求相助
为了便于共同征询基于东说念主工生物神经会聚（BNN）的生物计议，并为使用生物神经元的神经会聚诱骗全新的秩序，需要一个八成进行多数实验的系统，因此FinalSpark诱骗了Neuroplatform系统，并因循7×24小时的全天候电刺激、动作电位监测，允许全寰宇的征询东说念主员以无与伦比的界限进行电生理实验。
FinalSpark暗示：“使用活神经元构建下一代生物处理器并非易事。尽管具有好多上风，举例动力收尾、可彭胀性和经由考据的信息处理材干，但来自活神经元的生物处理器很难诱骗。咱们仍然不知说念怎样对它们进行编程。与数字计议机不同，生物计议机是实在的黑匣子。出于这个原因，咱们需要多数的实验来使它们领路作用。然而，要是咱们找到一种秩序来戒指这些黑匣子，它们就不错成为实在坚忍的IT器用。”
据先容，在往常三年中，Neuroplatform系统累计通过 1，000 多个类脑器官，采集了杰出 18 TB 的数据。刻下在 2024 年，该系吞并经对外绽开用于征询办法。尽管已有 32 个征询小组要求探问 Neuroplatform，但研讨到自身的征询需求，刻下的基础秩序只可容纳 7 个征询小组。因此，FinalSpark正在扩大AC/DC硬件系统的界限，以同期因循更多用户。
FinalSpark 的聚积独创东说念主 Fred Jordan 说：“咱们战胜，只须通过海皮毛助才能兑现这么一个唯利是图的办法。”
需要指出的是，FinalSpark刻下仅限于在一个类脑器官上履行神经可塑性的闭环算法，因为这些算法需要向每个类脑器官发送及时稳健的模拟信号。为此，FinalSpark的软件也正在更新，明天将可因循在多达 32 个类脑器官上并行闭环脱手。
