閱讀下面的文字,完成1~5題。
材料一:
細(xì)心的人會(huì)注意到,自然界有許多體型很小的昆蟲(chóng),能夠?qū)崟r(shí)跟蹤物體、導(dǎo)航和躲避障礙物。它們的神經(jīng)元只有幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)個(gè),與之相比,人類(lèi)大腦的神經(jīng)元及突觸數(shù)量和復(fù)雜功能更令人驚嘆。如果能在芯片上模擬這些大腦,必然可以系統(tǒng)提升計(jì)算機(jī)的整體能力。正是基于這一想法,類(lèi)腦芯片應(yīng)運(yùn)而生,它是建造類(lèi)腦計(jì)算機(jī)最關(guān)鍵的部件,可以說(shuō)是人類(lèi)大腦的硬件電路形式。類(lèi)腦芯片主要負(fù)責(zé)模擬大腦神經(jīng)元及突觸的功能特性、信號(hào)傳遞和學(xué)習(xí)方式,讓計(jì)算機(jī)在低電能消耗情況下完成感知、學(xué)習(xí)、記憶、決策等智能任務(wù)。
目前,類(lèi)腦芯片研究主攻方向是尋找工作行為特性與大腦神經(jīng)元相似的納米器件。類(lèi)腦芯片由大量更小的電子器件組成,這些器件每個(gè)僅幾十納米到幾百納米大小,被稱(chēng)為納米器件。長(zhǎng)期以來(lái),研究人員不斷尋找與構(gòu)造合適的納米器件。如一類(lèi)叫作憶阻器的納米器件,其納米夾層中的離子運(yùn)動(dòng)可以改變器件的工作狀態(tài),這與大腦神經(jīng)元及突觸細(xì)胞膜中所包含的離子通道的作用相似。有些憶阻器可以一直保持這樣的工作狀態(tài),即使斷電了也不會(huì)丟失,就跟人的記憶一樣。
有了上億甚至上百億個(gè)類(lèi)腦納米器件后,還要使它們都按照人們需要的行為模式協(xié)同工作,即要形成與類(lèi)腦芯片運(yùn)行相匹配的體系架構(gòu),類(lèi)腦芯片架構(gòu)就是模擬人腦的神經(jīng)突觸傳遞結(jié)構(gòu)。目前最常見(jiàn)的計(jì)算芯片(CPU)均是在馮·諾伊曼體系架構(gòu)下建立的。這 種架構(gòu)的最大特點(diǎn)是“存算分離”,即存儲(chǔ)單元和計(jì)算單元是分開(kāi)的,好比編曲和演奏是 分開(kāi)的。程序員像是作曲家,編程好比編曲,寫(xiě)有程序的存儲(chǔ)器就像曲譜本,操作者則像是演奏家,其運(yùn)算好比演奏,樂(lè)器就是具備計(jì)算能力的計(jì)算單元。一個(gè)計(jì)算單元可以根據(jù)存儲(chǔ)器里的不同程序執(zhí)行不同任務(wù),就像同一臺(tái)鋼琴可以演奏不同曲子一樣。與此原理不同的是,生物大腦并不區(qū)分存儲(chǔ)區(qū)和計(jì)算區(qū),而是集“作曲家、曲譜本、演奏家和演奏工具”于一體。它是信息的存儲(chǔ)者,也是信息的處理者,還是信息的創(chuàng)造者,具有自我學(xué)習(xí)、思考、創(chuàng)新創(chuàng)造等能力。
并且,類(lèi)腦芯片還要解決芯片的能效問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn),人腦是一部能效極高的“計(jì)算機(jī)”,若用現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)去處理人腦承擔(dān)的任務(wù),粗略估計(jì)需要高達(dá)100兆瓦的功耗,是人腦功耗的500萬(wàn)倍。人腦可以低能量消耗運(yùn)行的原因之一,就是存算一體的機(jī)制最大程度減少了數(shù)據(jù)的傳輸需求與傳輸距離,節(jié)約了傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)中計(jì)算單元和存儲(chǔ)單元問(wèn)通信所消耗的時(shí)間和能量。因此,類(lèi)腦芯片不僅能夠像人腦一樣根據(jù)外界動(dòng)態(tài)信息做出反應(yīng)并不斷學(xué)習(xí),還可以在無(wú)信息輸入的時(shí)候進(jìn)入“休息”的省電狀態(tài)。
總體而言,基于硬件的類(lèi)腦計(jì)算過(guò)程模擬與真實(shí)大腦相比仍有不小差距,類(lèi)腦學(xué)習(xí)的運(yùn)作機(jī)制與算法研究還很有限;再如目前人類(lèi)對(duì)大腦神經(jīng)元及突觸如何編碼、轉(zhuǎn)導(dǎo)和儲(chǔ)存神經(jīng)信息有較多了解,但尚不了解神經(jīng)信息如何產(chǎn)生感知覺(jué)、情緒、抉擇、語(yǔ)言等各種大腦高級(jí)認(rèn)知功能。要讓科幻電影里那樣的“人類(lèi)超級(jí)大腦”計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí),仍需研究者久久為功。
(摘編自吳朝暉《類(lèi)腦計(jì)算——構(gòu)建“人造超級(jí)大腦”》)
材料二:
“類(lèi)腦計(jì)算”真的能夠?yàn)椤叭斯ねㄓ弥悄埽瘡?qiáng)人工智能”的實(shí)現(xiàn)提供一個(gè)有前途的平臺(tái)嗎?
對(duì)于任何以“人類(lèi)智能”為目標(biāo)的科學(xué)技術(shù),從外延和內(nèi)涵兩方面準(zhǔn)確地定義“人類(lèi)智能”在本質(zhì)上是必不可少的。否則,就根本無(wú)法說(shuō)“達(dá)成人類(lèi)智能”或“超越人類(lèi)智能”等等。特別是從用計(jì)算技術(shù)模擬“人類(lèi)智能”的角度出發(fā),識(shí)別和定義可以用于組合出復(fù)雜的智能的最基本單元也是必不可少的。顯然,這是一項(xiàng)涉及許多學(xué)科的非常困難的任務(wù)。就目前來(lái)看,我們?cè)谶@方面還沒(méi)有看到任何實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。
眾所周知,人類(lèi)學(xué)者可以在邏輯學(xué)、數(shù)學(xué)和各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)造和解決許多圖靈計(jì)算機(jī)不可計(jì)算問(wèn)題。因此,如果我們認(rèn)為邏輯學(xué)家、數(shù)學(xué)家和科學(xué)家的這種“計(jì)算”能力應(yīng)該是“人工通用智能/強(qiáng)人工智能”所能完成的智力任務(wù),那么我們必須首先要突破“圖靈可計(jì)算性”的概念(其本質(zhì)上定義了有窮、連續(xù)、確定的計(jì)算步驟之序列)。這是一項(xiàng)涉及哲學(xué)、邏輯學(xué)和數(shù)學(xué)的任務(wù),難度很大,但與包括“類(lèi)腦計(jì)算”在內(nèi)的任何計(jì)算技術(shù)無(wú)關(guān)。
計(jì)算能力只是“人類(lèi)智能”的一個(gè)方面。還有其他認(rèn)知能力也應(yīng)該被形式地定義,例如,“人類(lèi)推理能力”“人類(lèi)理解能力”“人類(lèi)判定能力”“人類(lèi)發(fā)現(xiàn)能力”“人類(lèi)預(yù)測(cè)能力”等等。同樣,這些也都是涉及哲學(xué)、邏輯學(xué)、數(shù)學(xué)以及眾多科學(xué)的任務(wù),難度很大,但與包括“類(lèi)腦計(jì)算”在內(nèi)的任何計(jì)算技術(shù)無(wú)關(guān)。尤其是,邏輯學(xué)應(yīng)該是在抽象的思維層面和具體的實(shí)踐層面上支撐“人類(lèi)智能”的最普遍和最重要的一般正確性標(biāo)準(zhǔn)。但是,在當(dāng)前“類(lèi)腦計(jì)算”的研發(fā)中,我們能夠找到與邏輯基礎(chǔ)相關(guān)的工作嗎?
由于“人類(lèi)智能”是人類(lèi)大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)物,識(shí)別、定義、模擬人腦產(chǎn)生智能的機(jī)理,當(dāng)然是實(shí)現(xiàn)“人工通用智能/強(qiáng)人工智能”的合理途徑之一。顯然,研究人腦如何產(chǎn)生智能的機(jī)理是首要任務(wù)。這也是挑戰(zhàn)我們眾多學(xué)科(包括生理學(xué)、心理學(xué)、邏輯學(xué)、數(shù)學(xué)等等)的艱巨任務(wù)。但是,當(dāng)前的“類(lèi)腦計(jì)算”是建立在某種定義清楚的機(jī)理之上的嗎?
(摘編自程京德《“類(lèi)腦計(jì)算”能夠?yàn)槿斯ねㄓ弥悄艿膶?shí)現(xiàn)提供一個(gè)有前途的平臺(tái)嗎?》)
1.下列對(duì)材料相關(guān)內(nèi)容的理解和分析,不正確的一項(xiàng)是(3分)
A.類(lèi)腦計(jì)算打破了馮·諾伊曼架構(gòu)的束縛,模仿人類(lèi)的大腦,以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)處理一體化,具有超低能耗和智能化的信息處理能力。
B.即使在斷電的情況下,有些憶阻器還可以一直保持工作的狀態(tài),這樣的特性會(huì)使類(lèi)腦芯片具有更低的功耗和更好的穩(wěn)定性。
C.盡管“人類(lèi)智能”集理解、推理、預(yù)測(cè)、判斷等多種元素于一體,但當(dāng)前的計(jì)算機(jī)在 數(shù)理邏輯及邏輯運(yùn)算方面還是一片空白。
D.“人類(lèi)智能”是類(lèi)腦計(jì)算的邏輯起點(diǎn),對(duì)這一概念的內(nèi)涵和外延進(jìn)行精準(zhǔn)定義,涉及的學(xué)科多,難度大,目前尚未看到效果。
2.根據(jù)材料內(nèi)容,下列說(shuō)法正確的一項(xiàng)是(3分)
A.材料一和材料二都談到了類(lèi)腦計(jì)算機(jī)光明前景和現(xiàn)有局限性,不過(guò)二者的主題以 及作者對(duì)類(lèi)腦計(jì)算機(jī)的相關(guān)態(tài)度卻并不相同。
B.類(lèi)腦芯片模擬人類(lèi)大腦信息處理方式,所有器件同時(shí)對(duì)信息進(jìn)行智能處理,從而實(shí)現(xiàn)存算一體化具有更加強(qiáng)大的處理能力。
C.如果類(lèi)腦芯片能使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)感知、學(xué)習(xí)、記憶、決策等智能任務(wù),那么新型計(jì)算機(jī)無(wú)需人類(lèi)編程,無(wú)需時(shí)刻遵循操作指令。
D.在類(lèi)腦芯片的研發(fā)方面,應(yīng)主要關(guān)注納米器件如何進(jìn)行更高效的感知、存儲(chǔ)和計(jì)算,如何構(gòu)建融感、存、算為一體的類(lèi)腦系統(tǒng)。
3.下列選項(xiàng)中,不能作為材料一論據(jù)的是(3分)
A.北京大學(xué)研制成功“仿視網(wǎng)膜芯片”,該芯片像人類(lèi)視網(wǎng)膜一樣采用神經(jīng)脈沖表達(dá)視覺(jué)信息,脈沖發(fā)放頻率“超速”人眼百倍,能“看清”高速旋轉(zhuǎn)葉片的上文字。
B.英特爾公司展示了自主學(xué)習(xí)神經(jīng)元芯片“Loihi”,“Loihi芯片可以通過(guò)脈沖或尖峰 傳遞信息,自動(dòng)調(diào)節(jié)突觸強(qiáng)度,通過(guò)環(huán)境中的各種反饋信息,進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。
C.高通公司公布一款名為“Zeroth”的芯片,該芯片通過(guò)類(lèi)似于神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)多巴胺的“正強(qiáng)化”完成編程,搭載該芯片的設(shè)備能夠隨時(shí)自我學(xué)習(xí)。
D.浙江大學(xué)研發(fā)明“達(dá)爾文”芯片,這款芯片上集成了2048個(gè)硅材質(zhì)的仿生神經(jīng)元, 可支持超過(guò)400萬(wàn)個(gè)神經(jīng)突觸和15個(gè)不同的突觸延遲。
4.請(qǐng)簡(jiǎn)要梳理材料一的行文脈絡(luò)。(4分)
5.關(guān)于人類(lèi)大腦和類(lèi)腦計(jì)算,材料一和材料二有哪些共同認(rèn)識(shí)?(4分)
1.(3分)C(“當(dāng)前的計(jì)算機(jī)在數(shù)理邏輯及邏輯運(yùn)算方面還是一片空白”錯(cuò)誤。)
2.(3分)D(A材料二“談到了類(lèi)腦計(jì)算機(jī)光明前景”錯(cuò)誤;B所有器件同時(shí)對(duì)信息進(jìn)行處理,文中無(wú)據(jù);C “新型計(jì)算機(jī)無(wú)需編程”文中無(wú)據(jù)。)
3.(3分)A
4.(4分)首先由自然現(xiàn)象引出類(lèi)腦芯片,點(diǎn)明類(lèi)腦芯片的作用。(1分)進(jìn)而依次說(shuō)明類(lèi)腦芯片的研究方向:尋找工作行為特性與大腦神經(jīng)元相似的納米器件;設(shè)計(jì)與類(lèi)腦芯片運(yùn)行相匹配的的體系架構(gòu);解決類(lèi)腦芯片的能效問(wèn)題。(2分)最后點(diǎn)明類(lèi)腦計(jì)算機(jī)的發(fā)展任重道遠(yuǎn)。(1分)
5.(4分)①類(lèi)腦計(jì)算與人類(lèi)大腦相比還有較大差距,人類(lèi)大腦所具有的學(xué)習(xí)、思考、創(chuàng)新等能力,是類(lèi)腦計(jì)算難以模擬的。②人類(lèi)大腦智能(認(rèn)知功能)產(chǎn)生的原因尚不明確,制約了類(lèi)腦計(jì)算的發(fā)展。(每個(gè)要點(diǎn)2分)
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