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[分享] 人的大脑相当于什么水平的 GPU 和 CPU ?

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梦萦荒海莆 发表于 2021-10-8 16:42:22 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
人脑很牛逼,但人脑也很垃圾。
人脑在某些方面远远比不上电脑,但大力出奇迹……

人脑信号传递基础,是传输速度100m/s左右的电化学过程。
    信号不能精准控制,误差可达1/100。
电脑信号传递基础,是70%光速(200000000m/s左右)的电信号。
    信号能精准控制,误差小至1/2^32(1/42亿)[1]。
通常来说,大脑神经元处理信号的速度,比电脑晶体管慢1000万倍。
电脑处理信息的精度,是人脑精度的几百万倍。
除此之外,相比起电脑,人体是一个耗散系统。需要通过源源不断的新陈代谢,才能维持系统的良好运转。
只要一停机,系统就直接崩坏。所以,单单是维持这个系统,大脑就需要消耗巨大的算力。
你那不停跳动的心脏,身体内躁动的荷尔蒙,哪个不需要算力的维持?
但神经元的信号传递又慢,那应该怎么办?
当然是增加神经元个数了,通过数量来弥补算力的不足,这便是大力出奇迹
为了维持这个高新陈代谢的耗散系统,人脑拥有1000亿级的神经元,100万亿个神经突触连接,拥有5000 TOPS(5×10^15)的算力,是普通计算机(100亿)的数十万倍。
其实一只小小的蚂蚁都有25万的神经元,达到几十亿的算力,相当于一台普通计算机。
高算力只是动物的共性,人类并不特例。
如果按照神经元的数目来说,大象(2570亿个神经元)的总算力甚至可以达到人类2倍还多。但大象在智力方面、抽象思维的能力,却比人类低了很多。
人脑最核心的,还是大脑皮层
人脑功能其实分区的,比较经典的理论就是三位一体理论。该理论在以前的回答,已经说过不少次,就不细说了。总的来说,大脑皮层才是人类最高级的神经中枢。人们最关心的感官、语言、思维、意志,都是大脑皮层主导。
而人类大脑皮层的神经元个数是140亿个,总算力应该在10^14~10^15 OPS之间。
也就是说大脑皮层的算力,大约只占整个大脑的15%左右。
而大脑皮层的主要功能在于视、听、躯体感觉、运动,以及相关联络区的功能。

人的大脑相当于什么水平的 GPU 和 CPU ? 第1张图片
真正能用在思维上的算力,占比又更小了。
正是因为这个原因,大脑在长期演化过程中,成了一个无比节能的系统(哪怕如此,也占了总能量消耗的20%),处理各种信息都进行各种精益求精。
例如,你眼睛接受的信号高像素(几千万)、大内存,但被大脑一加工,直接变成了几个字节储存在大脑内。无比“垃圾”的一级缓存,甚至让你短短10妙之内,无法记清你刚才看过的图片、听过的音乐、看过的书的细节。
看看这个世界上,有着多少强迫症。如果不是这一级缓存太垃圾了,你哪里需要去反反复复确定关没关门这一件事情。
不过好处还是有的,低字节处理,可以让人脑储存的总信息比普通电脑多很多。
回忆的时候,大脑会用超强的脑补能力,弥补丢失的细节。但由于生物噪声太大,可能会脑补出一些原画面根本没有的东西。和朋友聊起某一件事情,你觉得自己见到了、听到了、闻到了,但朋友却没有经历过,简直咄咄怪事,你以为自己脑子有毛病(人家真没毛病,只是常规改数据而已)……
如果我们的意志是大脑内的管理员,那么这也是一个权限低得令人发指的管理员。
不仅我们对控制中心毫无权限,连软件都只能控制一半(植物性神经不受意志控制)。
你认为重要的记忆或者信息,被任意的删改,更是常规操作。
我们的大脑每天都会接受各种各样的新信息,旧信息不以我们意志为转移的每天不停地丢失字节,慢慢变得失真。若干年后,你翻一翻老照片,咦,这LOW Bj竟然是当年的我?
甚至有的大脑信息被加工得面目全非,常常觉得有人迫害自己,导致精神分裂什么的。有时候某些信息还会影响CPU的功能,导致抑郁什么的。
过大的生物噪声也让人类的浮点计算能力,低得令人发指。你把从古自今,囊括所有人类最牛大脑,包括牛顿、欧拉、高斯、黎曼、爱因斯坦、杨振宁……所有人加起来,浮点计算能力也比不过一台计算器。
计算机的浮点计算力,至少是人类的几十万倍以上。
人类哼哧哼哧的把圆周率算了1000多年,也才多少位数……
如果有效内存过低、生物噪声过大、浮点运算过低、容易损坏是人大脑的缺点,但相比起电脑,人脑还是有着突出优点的:
大脑神经元之间的链接强度是可以根据活动和经验进行修改的。
无论你学滑冰、看书、或者玩游戏,在重复训练的过程中,神经网络会逐渐提高精度和速度。甚至在不断学习的过程中,还能诞生新的突触连接。
人脑之所以有这些能力,主要在于,人类的大脑其实是超多核处理器(单单大脑皮层都可以分成多少个核心区),拥有多层结构的深度学习模式。
不仅仅是人类,基本上任何哺乳动物的大脑内,都存在深度学习的机制。
这种复杂性,是当前的超级电脑远远不能比的。
所以人脑在策略、思维、艺术、语言上,具有非凡的优势。
虽然当前的人工智能能够学习艺术,甚至能创造艺术,做出远超普通人的作品。但其实,这主要还是体现在电脑精度上的优势。
例如,你让电脑学习投篮,它通过学习,可以投得无比精准,但你让他上场打球却是根本不可能。现在的人工智能,其实仅仅还在学习投篮的阶段。
看起来阿尔法很牛逼,但它的“思维”过程,其实也是模仿人类的神经网络,属于全局性的运算。由于电脑的高精度优势,所以只需要模仿神经网络的皮毛,就可以达到比人类更优秀的计算能力。所以阿尔法狗通过学习能在围棋上能战胜人类,并不意外。
人类的大脑通常会采取更加模糊(精度太低),且高效(人类大脑更擅长经验判断)的方式。但从思维模式来说,阿尔法狗的神经网络比起人类来说,还无比的简单。
除此之外,人类通过围棋的思维,可以完全运用在其它事情上面。但阿尔法狗则只会下棋,把它运用到其它领域,需要全新的规则学习。
总之,当前人工智能的“智能”差距,主要体现在大脑的复杂结构和模式上。
如果某一天电脑也能设计出媲美人类大脑的复杂结构和模式,那么这个电脑的综合能力,恐怕会真正的秒杀人类。
如果,人类的意识的确是在大脑皮层复杂神经网络中形成的。
那么,这个超级电脑也会诞生真正的意识,成为货真价实的人工智能。
那会将是一个全新的时代。
参考


  • ^斯坦福教授骆利群:为何人脑比计算机慢1000万倍,却如此高效?



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沙发
树脂瓦 发表于 2021-10-8 16:43:21 | 只看该作者
 
人脑很牛逼,但人脑也很垃圾。
人脑在某些方面远远比不上电脑,但大力出奇迹……

人脑信号传递基础,是传输速度100m/s左右的电化学过程。
    信号不能精准控制,误差可达1/100。
电脑信号传递基础,是70%光速(200000000m/s左右)的电信号。
    信号能精准控制,误差小至1/2^32(1/42亿)[1]。
通常来说,大脑神经元处理信号的速度,比电脑晶体管慢1000万倍。
电脑处理信息的精度,是人脑精度的几百万倍。
除此之外,相比起电脑,人体是一个耗散系统。需要通过源源不断的新陈代谢,才能维持系统的良好运转。
只要一停机,系统就直接崩坏。所以,单单是维持这个系统,大脑就需要消耗巨大的算力。
你那不停跳动的心脏,身体内躁动的荷尔蒙,哪个不需要算力的维持?
但神经元的信号传递又慢,那应该怎么办?
当然是增加神经元个数了,通过数量来弥补算力的不足,这便是大力出奇迹
为了维持这个高新陈代谢的耗散系统,人脑拥有1000亿级的神经元,100万亿个神经突触连接,拥有5000 TOPS(5×10^15)的算力,是普通计算机(100亿)的数十万倍。
其实一只小小的蚂蚁都有25万的神经元,达到几十亿的算力,相当于一台普通计算机。
高算力只是动物的共性,人类并不特例。
如果按照神经元的数目来说,大象(2570亿个神经元)的总算力甚至可以达到人类2倍还多。但大象在智力方面、抽象思维的能力,却比人类低了很多。
人脑最核心的,还是大脑皮层
人脑功能其实分区的,比较经典的理论就是三位一体理论。该理论在以前的回答,已经说过不少次,就不细说了。总的来说,大脑皮层才是人类最高级的神经中枢。人们最关心的感官、语言、思维、意志,都是大脑皮层主导。
而人类大脑皮层的神经元个数是140亿个,总算力应该在10^14~10^15 OPS之间。
也就是说大脑皮层的算力,大约只占整个大脑的15%左右。
而大脑皮层的主要功能在于视、听、躯体感觉、运动,以及相关联络区的功能。

 第3张图片
真正能用在思维上的算力,占比又更小了。
正是因为这个原因,大脑在长期演化过程中,成了一个无比节能的系统(哪怕如此,也占了总能量消耗的20%),处理各种信息都进行各种精益求精。
例如,你眼睛接受的信号高像素(几千万)、大内存,但被大脑一加工,直接变成了几个字节储存在大脑内。无比“垃圾”的一级缓存,甚至让你短短10妙之内,无法记清你刚才看过的图片、听过的音乐、看过的书的细节。
看看这个世界上,有着多少强迫症。如果不是这一级缓存太垃圾了,你哪里需要去反反复复确定关没关门这一件事情。
不过好处还是有的,低字节处理,可以让人脑储存的总信息比普通电脑多很多。
回忆的时候,大脑会用超强的脑补能力,弥补丢失的细节。但由于生物噪声太大,可能会脑补出一些原画面根本没有的东西。和朋友聊起某一件事情,你觉得自己见到了、听到了、闻到了,但朋友却没有经历过,简直咄咄怪事,你以为自己脑子有毛病(人家真没毛病,只是常规改数据而已)……
如果我们的意志是大脑内的管理员,那么这也是一个权限低得令人发指的管理员。
不仅我们对控制中心毫无权限,连软件都只能控制一半(植物性神经不受意志控制)。
你认为重要的记忆或者信息,被任意的删改,更是常规操作。
我们的大脑每天都会接受各种各样的新信息,旧信息不以我们意志为转移的每天不停地丢失字节,慢慢变得失真。若干年后,你翻一翻老照片,咦,这LOW Bj竟然是当年的我?
甚至有的大脑信息被加工得面目全非,常常觉得有人迫害自己,导致精神分裂什么的。有时候某些信息还会影响CPU的功能,导致抑郁什么的。
过大的生物噪声也让人类的浮点计算能力,低得令人发指。你把从古自今,囊括所有人类最牛大脑,包括牛顿、欧拉、高斯、黎曼、爱因斯坦、杨振宁……所有人加起来,浮点计算能力也比不过一台计算器。
计算机的浮点计算力,至少是人类的几十万倍以上。
人类哼哧哼哧的把圆周率算了1000多年,也才多少位数……
如果有效内存过低、生物噪声过大、浮点运算过低、容易损坏是人大脑的缺点,但相比起电脑,人脑还是有着突出优点的:
大脑神经元之间的链接强度是可以根据活动和经验进行修改的。
无论你学滑冰、看书、或者玩游戏,在重复训练的过程中,神经网络会逐渐提高精度和速度。甚至在不断学习的过程中,还能诞生新的突触连接。
人脑之所以有这些能力,主要在于,人类的大脑其实是超多核处理器(单单大脑皮层都可以分成多少个核心区),拥有多层结构的深度学习模式。
不仅仅是人类,基本上任何哺乳动物的大脑内,都存在深度学习的机制。
这种复杂性,是当前的超级电脑远远不能比的。
所以人脑在策略、思维、艺术、语言上,具有非凡的优势。
虽然当前的人工智能能够学习艺术,甚至能创造艺术,做出远超普通人的作品。但其实,这主要还是体现在电脑精度上的优势。
例如,你让电脑学习投篮,它通过学习,可以投得无比精准,但你让他上场打球却是根本不可能。现在的人工智能,其实仅仅还在学习投篮的阶段。
看起来阿尔法狗很牛逼,但它的“思维”过程,其实也是模仿人类的神经网络,属于全局性的运算。由于电脑的高精度优势,所以只需要模仿神经网络的皮毛,就可以达到比人类更优秀的计算能力。所以阿尔法狗通过学习能在围棋上能战胜人类,并不意外。
人类的大脑通常会采取更加模糊(精度太低),且高效(人类大脑更擅长经验判断)的方式。但从思维模式来说,阿尔法狗的神经网络比起人类来说,还无比的简单。
除此之外,人类通过围棋的思维,可以完全运用在其它事情上面。但阿尔法狗则只会下棋,把它运用到其它领域,需要全新的规则学习。
总之,当前人工智能的“智能”差距,主要体现在大脑的复杂结构和模式上。
如果某一天电脑也能设计出媲美人类大脑的复杂结构和模式,那么这个电脑的综合能力,恐怕会真正的秒杀人类。
如果,人类的意识的确是在大脑皮层复杂神经网络中形成的。
那么,这个超级电脑也会诞生真正的意识,成为货真价实的人工智能。
那会将是一个全新的时代。
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板凳
我家小内谁 发表于 2021-10-8 16:43:54 | 只看该作者
 
根本没法跟cpu相提并论。
你见过哪个cpu闲的没事胡思乱想。
事情一多脑袋一片空白。
指挥进程大部分全靠潜意识。
干的活也不是特别多,消耗能量还挺高。
用它还要看处理事情,它还很挑剔。
难度低了它不屑,高了它尥蹶子。
时不时还要下达错误指令给其他器官捣乱。
见到喜欢的人,鼓足勇气编出来的语言还tm是乱码,脱口而出就是磕磕巴巴。
遇到美食就指挥口腔流口水。
遇到危险立马怂,指挥的手忙脚乱帮倒忙。
遇到俊男靓女就要分泌多巴胺指挥眼睛多看两眼甚至拔不动腿。
为了自己愉悦让身体不断去接触刺激的东西甚至走上犯罪。
我随便从插五号电池的计算机上扣除个处理器来都比大脑这玩意靠谱好不好。
但是捏……
人家大脑就是有它不一样的优势。
人脑有个区域叫做脑间。
这个家伙是个信息中介,也就是说,它负责把各类信息传递给大脑。
视觉信息,就传到视觉区域,听觉信息就传到听觉区域,味觉触觉嗅觉,都要经过它。
有些人的脑间就兢兢业业,本本分分,努力让大脑成为一个cpu什么样的信息就老实巴交传递给什么区域。
然而这种类型的人的表现就比较“木讷”俗称,情商低,这类人干事效率是比较高,就是人情世故差点事。
但是有些人的脑间就跟磕了药似的不老实,时不时他们的脑间经常传递视觉信号时给听觉分点,传递听觉时,顺便给味觉分点,然这些信号在各个区域反复横跳。
你是否有过这种感觉,听到某个bgm,脑海里自动匹配了这个bgm对应了什么场景什么剧情。
当这种频率过高,人会出现一个极端反应,精神问题。
而当这种频率出现的恰到好处,这就是人们口中所谓的灵感了。
所以你看好多艺术家,精神层面好多都有正常人不同,因为他们的脑间跟你的不大一样。
正因人类有了这种奇怪的功能,咱们才有了创造了,艺术灵感,幽默感等等等等。
你让cpu干这种信号乱窜的活?怕不是分分钟死机。
所以,还是那句话,都说烂了,人脑的优势就是创造,cpu的优势就是计算,人比不了。
人嫌弃自己手不够硬,制造了石锤石斧。
人嫌自己爪子不够锋利,制造了刀刃。
人嫌自己皮毛不够保暖,制造了衣服。
人嫌自己计算能力不行,制造了计算机。
人嫌自己力气不够大,制造了各类器械。
你看,人的优势始终是创造力,人类永远比不过工具的优势,但人类创造了它们。
这才是人类大脑应该干的事情。

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地板
宿命丶prince 发表于 2021-10-8 16:44:18 | 只看该作者
 
人脑和计算机的架构和算法大概完全不同。
就说个最典型的例子,人脑在记忆事务的时候,有短期记忆,长期记忆,还能遗忘。
首先短期记忆我们暂且类比于计算机的缓存,长期记忆类比于计算机的永久性存储。那么人脑的那部分起到了缓存的作用,哪部分又起到了永久性存储的作用呢?机理是什么呢?不知道。
更何况人脑可以进行选择性的遗忘,但是计算机却没法自己主观性的“遗忘”。这个机理目测比记忆本身更加复杂。
既然架构和算法完全不同,也就没什么可比性了。
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5#
asd390030558 发表于 2021-10-8 16:44:42 | 只看该作者
 
这个有点难量化,大脑跟电脑运算的方式大概率是完全不同的。
举个例子,你让大脑计算百位、千位的随机数相乘的结果,一般人都是遭不住的。但这个计算器就能很简单的做到,就更不用提通用型CPU了。
但是你要说让大脑去构建一个场景,比如一个屋子里面摆了东西,或者一个构筑游戏的某一段流程,甚至一个华丽特效动作,这用CPU和GPU实现要求就挺高,大脑可以说是可以实时渲染了,电脑做到实时渲染,恐怕要顶级硬件平台。
个人认为,我们之所以能感受到在梦里流畅“运行”各种大作,本质上,是我们见过,我们脑子里有这个印象,然后进行了再加工像播放电影一样放出来了。这个阶段其实并没有创造太多的新花样,感受到的不同可能仅仅是因为有某个点印象不清楚,从而大脑做了“优化”处理。
至于画质、帧数、特效、光影等可在游戏中见到的,我们算是完全没概念。
综上,硬要比的话,我不是很看好直接对比。但是大脑的强项在于创造,而电脑本身并没有这个功能,至少暂时没有吧。
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6#
我只能读着伤害 发表于 2021-10-8 16:45:42 | 只看该作者
 
人脑在简单的四则运算方面,应该比不过手摇式机械CPU(我实在是找不到主频更低的cpu了)。
人脑中的一个神经元细胞,如果做完全模拟的话,那么当前顶级的超级计算机应该也不够用(没办法,一个细胞中所包含的原子分子太多了,它们中的每一个都在为细胞的行为活动做着贡献),而这样的脑细胞,在人脑中有大约1千亿个。
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7#
萌萌萌什么都萌 发表于 2021-10-8 16:46:15 | 只看该作者
 
反驳一下高票的奇妙言论。
此人原话放这里: “神经元的输入输出是连续的”。“纤毛在这里做了傅立叶变换的工作,把声音的频率分解了”“不是人脑能傅立叶变换,而是人脑的发展符合了自然规律,数学家人为的把这种现象归纳总结成了傅立叶变换”。“不在一个量级,大脑的计算量非常大,而且是以非线性运算为基础的,运算层次比gpu和cpu高了不知道多少”。
1,这个人没学过高中生物,不知道离子通道。没学过初中物理,不知道电子。
2,这个人没学过数学,比如说,测度结构是可选的,是人造的一种语言,是一种逻辑集成,是为了适应不同的场合处理对应的结果;目前的计算机采用的DSP和人脑采用的“DSP”采用的算法未必一致,不一定采用Fourier变换。
3,这个人没学过计算机体系结构,CPU的CPI和模式识别的算法好坏是两个概念,人脑的算法好坏和它的计算性能没有关系。
注:补充一点,不准确地说,人脑更接近硬布线,是在硬件层直接形成模式识别算法的,所以会比更接近于微程序,也就功能实现更多地由软件完成的计算机更快。
为防止偏题,补充一点我的观点:
无机离子的传输速度是很慢的,因为受限于传输介质;人类的化学能供能的功率是十分有限的;纳米超大规模集成电路的技术尺度远小于神经元等有机官能团构成的细胞的技术尺度;所以人的大脑作为计算机的潜力是有十分有限的。
PS:我在知乎还看到了一些和本题可能有关的错误言论,为了避免误导,在这里提一下:
1,普朗克单位不是假设的量子引力理论引入的,和假设的弦尺度作为的最小单元没有关系,量子电动力学在狄拉克时代就开始了。
注:并不是说存在一个最小尺度,所以事物就是不连续的了,除非我们能够证明这个最小尺度以下的事物不属于这个系统,在超弦理论中,弦引起了世界面,因此这构成了一个开环控制系统,我们可以说,一切都是不连续的,系统输入端以外是连续还是离散对这个世界不构成影响。脱离I/O接口定义的系统讨论离散和有限是没有意义的,因为你必须要给出范围,也就是系统,量子力学并不能说明世界是离散的。
2,电子属于费米子,属于标准模型的解释框架。
3,不存在一个在宏观层面连续的说法,这句话是自相矛盾的,连续必然涉及微观。举个例子,连续介质力学是用度量空间的语言结果去近似数值分析的语言结果,在约定系统误差的情况下成立。
4,物理,化学尺度上能否定的东西就不需要涉及认知神经科学。
5,从信息和CS的角度来看,一阶逻辑并没有在信息上给出元概念的指针和上下文,没有给出完整的语义,比如说因为没有给出集合对应的数据类型,所以才引入了稍加约束的类解决了悖论,建立了ZFC;数学所做的是元概念以上的逻辑集成,这种集成是有限步的算术运算复合而成的,属于离散的数据结构与算法;结合这两者,数学并未实质涉及过无限的遍历,因为形式参数并没有实现这一过程,自然没有实现过可数,稠密,极限,连续,这也符合了信息论。
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8#
坪凶弦傧 发表于 2021-10-8 16:46:43 | 只看该作者
 
人脑是某些方面经过高度调优的GPU和CPU。
CPU如果看FLOPS,估计10以下吧,珠心算选手应该不破百。
GPU应该也被踩在脚下。

但人脑强大的地方在于泛化能力,比如图像识别,目标检测这种,对人来说轻而易举,即便有全新的物体/数据,也很快就能学会。可以说,在小数据集上推广到全数据集的能力上,人脑要强大很多,也许是得益于几千万年训练的权重/attention机制
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9#
Angel可琪 发表于 2021-10-8 16:47:07 | 只看该作者
 
就计算量来说,不在一个数量级,GPU和CPU是基本逻辑门的计算,大脑是神经元的信号传递,其复杂程度、处理机制和处理量非CPU能比。
就计算结果而言,CPU是有输入必有输出,但是信号分类就那么几种,而大脑信号处理是以集群形式实现的,有输入不一定有输出,但是,注意了,这里牛逼的是,大脑可以根据极少的数据,像核武器链式反应一样,获得庞大的数据结果,还可以联想、逆推,这简直逆天了,这是CPU、GPU乃至NPU现在羡慕不来的
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10#
楠得宇见 发表于 2021-10-8 16:47:29 | 只看该作者
 
塑造二者的环境不同, 芯片要适应人的需求, 人脑是适应自然变化以生存繁衍.
所以芯片和人脑的区别就有人的需求和自然选择的需求那么大.
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