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第一章 類腦計(jì)算概述及發(fā)展階段? 1 第一節(jié) 類腦計(jì)算發(fā)展概述? 1 一、類腦計(jì)算的泛指概念??? 1 二、類腦計(jì)算研究涉及的領(lǐng)域范圍??? 2 三、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)意義?????? 2 四、類腦計(jì)算發(fā)展的重要意義（側(cè)重于對(duì)全人類而言）?????? 3 五、類腦計(jì)算的研究?jī)r(jià)值（側(cè)重于對(duì)腦科學(xué)領(lǐng)域本身而言）?????? 4 第二節(jié) 類腦計(jì)算的研究分類???? 4 一、神經(jīng)科學(xué)的研究??? 4 二、類腦計(jì)算器件（硬件）的研究??? 8 三、類腦學(xué)習(xí)與處理算法（軟件）的研究?????? 10 第三節(jié) 類腦計(jì)算技術(shù)路線（采取的是仿真主義）? 13 一、結(jié)構(gòu)層次模仿腦（非馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)）???? 13 二、器件層次逼近腦（神經(jīng)形態(tài)器件替代晶體管）?????? 16 三、智能層次超越腦（主要靠自主學(xué)習(xí)訓(xùn)練而不是人工編程）??? 19
第二章 全球類腦計(jì)算技術(shù)分析及新科研進(jìn)展??? 20 第一節(jié) 世界各國(guó)腦科學(xué)研究與計(jì)劃? 20 一、全球腦計(jì)劃概況??? 20 二、歐盟腦計(jì)劃??? 21 三、美國(guó)腦計(jì)劃??? 23 四、日本腦計(jì)劃??? 29 五、其他國(guó)家腦計(jì)劃??? 30 第二節(jié) 全球類腦計(jì)算技術(shù)研究? 30 一、全球類腦計(jì)算研究進(jìn)展?????? 30 二、全球類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展?????? 31 三、各國(guó)積極部署類腦計(jì)算研發(fā)戰(zhàn)略?????? 32 第三節(jié) 類腦計(jì)算方向發(fā)展態(tài)勢(shì)與全球尖子人才分布???? 32 一、類腦計(jì)算方向世界研究前沿?????? 32 二、類腦計(jì)算方向高影響力論文的全球布局??? 33 三、類腦計(jì)算方向全球尖子人才的全球分布??? 34
第三章 基于pest模型分析的類腦計(jì)算領(lǐng)域發(fā)展環(huán)境??? 38 第一節(jié) 政策環(huán)境? 38 一、國(guó)際類腦智能政策研究?????? 38 二、國(guó)內(nèi)類腦智能政策研究?????? 38 三、省級(jí)科技創(chuàng)新戰(zhàn)略規(guī)劃解讀?????? 39 四、政策環(huán)境的影響??? 41 第二節(jié) 經(jīng)濟(jì)環(huán)境? 41 一、國(guó)際經(jīng)濟(jì)環(huán)境?????? 41 二、國(guó)內(nèi)宏觀經(jīng)濟(jì)?????? 42 三、經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響??? 43 第三節(jié) 社會(huì)環(huán)境? 43 一、人口因素（人口結(jié)構(gòu)、老齡化等）??? 43 二、教育腦科學(xué)的普及和推廣??? 46 三、城市發(fā)展環(huán)境?????? 47 四、社會(huì)環(huán)境的影響??? 47 第四節(jié) 技術(shù)環(huán)境? 49 一、類腦計(jì)算研究還處于初級(jí)階段??? 49 二、與國(guó)外發(fā)達(dá)技術(shù)的比較?????? 50 三、技術(shù)環(huán)境的影響??? 51
第四章 我國(guó)類腦計(jì)算科研發(fā)展現(xiàn)狀分析???? 53 第一節(jié) 我國(guó)類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r分析? 53 一、我國(guó)類腦計(jì)算發(fā)展階段?????? 53 二、我國(guó)類腦計(jì)算發(fā)展特點(diǎn)?????? 53 三、我國(guó)腦科學(xué)研究機(jī)構(gòu)研究方向??? 54 四、現(xiàn)階段類腦智能研究發(fā)展依然緩慢??? 55 五、類腦計(jì)算與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程?????? 56 第二節(jié) 近幾年類腦計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀???? 57 一、2014年以來(lái)我國(guó)類腦計(jì)算取得的突破性發(fā)展? 57 二、近幾年我國(guó)類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展分析??? 58 三、我國(guó)計(jì)算機(jī)行業(yè)營(yíng)收實(shí)現(xiàn)穩(wěn)增長(zhǎng)?????? 60 四、近幾年中國(guó)類腦計(jì)算企業(yè)發(fā)展分析??? 61 第三節(jié) 類腦智能的發(fā)展對(duì)策及建議? 62 一、重視腦科學(xué)領(lǐng)域前沿核心技術(shù)的基礎(chǔ)研究?????? 62 二、持續(xù)加大研發(fā)投入力度，增強(qiáng)軟硬件研發(fā)能力?????? 63 三、持續(xù)加強(qiáng)現(xiàn)有類腦科研平臺(tái)學(xué)科融合的開(kāi)放力度??? 64 四、在模擬腦的類腦智能研究方面，緊密聯(lián)系產(chǎn)業(yè)發(fā)展?????? 64
第五章 中國(guó)類腦計(jì)算領(lǐng)域細(xì)分發(fā)展分析???? 66 第一節(jié) 類腦計(jì)算算法? 66 一、近年來(lái)，人工智能對(duì)算力的需求迅猛增長(zhǎng)?????? 66 二、類腦計(jì)算將在新概念框架下加速?????? 66 三、算法與硬件協(xié)調(diào)發(fā)展??? 67 第二節(jié) 類腦計(jì)算芯片? 67 一、類腦計(jì)算芯片是類腦智能計(jì)算系統(tǒng)的硬件主體?????? 67 二、類腦芯片一大技術(shù)特性（依靠脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）?????? 68 三、類腦芯片關(guān)鍵技術(shù)分析?????? 68 四、清華大學(xué)?????? 69 五、現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)類腦芯片研究成果??? 71 六、國(guó)內(nèi)外類腦芯片工藝及性能優(yōu)勢(shì)比較?????? 71 七、類腦計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的差別?????? 76 八、類腦計(jì)算芯片市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)?????? 77 九、國(guó)內(nèi)外類腦芯片重點(diǎn)合作動(dòng)向??? 78 十、類腦芯片擁有廣闊的應(yīng)用前景??? 79 第三節(jié) 類腦計(jì)算應(yīng)用? 84 一、類腦計(jì)算技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用方向及進(jìn)展??? 84 二、我國(guó)在類腦計(jì)算領(lǐng)域取得進(jìn)展??? 86 三、類腦計(jì)算重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)用分析?????? 86 四、類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用前景??? 89 五、類腦計(jì)算技術(shù)向應(yīng)用轉(zhuǎn)化進(jìn)程加快??? 90 六、部分類腦計(jì)算產(chǎn)品進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段??? 91 七、憶阻器產(chǎn)品已進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化??? 92
第六章 脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)發(fā)展及趨勢(shì)預(yù)測(cè)?????? 94 第一節(jié) 全球范圍內(nèi)運(yùn)行的代表性的大型神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)? 94 一、斯坦福大學(xué)的neurogrid???? 94 二、德國(guó)海德堡大學(xué)的brainscales系統(tǒng)?????? 94 三、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的spinnaker系統(tǒng)?????? 95 四、美國(guó)ibm公司基于truenorth芯片構(gòu)造的系統(tǒng)?????? 96 第二節(jié) 脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r? 97 一、神經(jīng)形態(tài)運(yùn)算平臺(tái)?????? 97 二、神經(jīng)形態(tài)傳感器??? 100 三、snn仿真軟件?????? 101 第三節(jié) 與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ann）相比，脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（snn）的優(yōu)良特性????? 102 一、各種深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，snn實(shí)現(xiàn)了更高級(jí)的生物神經(jīng)元模擬水平?? 102 二、在實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能的智能系統(tǒng)上潛力巨大?????? 103 第四節(jié) 脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算發(fā)展及趨勢(shì)預(yù)測(cè)???? 103 一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是發(fā)展人工智能的重要路線?????? 103 二、snn的模型、結(jié)構(gòu)以及在機(jī)器學(xué)習(xí)中的應(yīng)用?? 105 三、現(xiàn)階段snn的應(yīng)用落地和算法發(fā)展方興未艾? 106 四、未來(lái)脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)?????? 107
第七章 我國(guó)類腦計(jì)算技術(shù)優(yōu)勢(shì)及投融資發(fā)展分析??? 108 第一節(jié) 我國(guó)類腦計(jì)算優(yōu)勢(shì)? 108 一、國(guó)家科研層面的優(yōu)勢(shì)??? 108 二、國(guó)際巨頭領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)??? 109 第二節(jié) 國(guó)內(nèi)重點(diǎn)單位技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析? 109 一、北京靈汐科技?????? 109 二、中科院自動(dòng)化所??? 110 三、泓觀科技?????? 111 四、西井科技?????? 112 五、時(shí)識(shí)科技synsense???? 113 第三節(jié) 類腦計(jì)算領(lǐng)域投融資發(fā)展???? 114 一、全球類腦計(jì)算領(lǐng)域投融資情況??? 114 二、類腦計(jì)算領(lǐng)域投融資情況??? 115
第八章 類腦計(jì)算技術(shù)方向及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè) 117 第一節(jié) 類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展方向? 117 一、“類腦計(jì)算完備性”為類腦計(jì)算提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與方案???? 117 二、類腦智能引領(lǐng)實(shí)現(xiàn)通用人工智能?????? 117 三、類腦計(jì)算成為人工智能研究方向?????? 118 第二節(jié) 類腦計(jì)算兩個(gè)重要技術(shù)方向? 118 一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域?????? 118 二、神經(jīng)元領(lǐng)域??? 119 第三節(jié) 技術(shù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)? 120 一、類腦智能技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)加速??? 120 二、類腦計(jì)算技術(shù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)?????? 120 第四節(jié) 腦科學(xué)與生物技術(shù)的融合發(fā)展分析???? 121 一、腦科學(xué)研究概述??? 121 二、生物技術(shù)已成為科技創(chuàng)新的熱點(diǎn)領(lǐng)域?????? 121 三、神經(jīng)生物學(xué)的研究取得了可以被計(jì)算模型應(yīng)用的進(jìn)展??? 122 四、類腦智能和生物技術(shù)融合性科研進(jìn)展?????? 122 五、神經(jīng)生物學(xué)研究機(jī)構(gòu)、研究方向及合作進(jìn)展??? 125 六、腦科學(xué)與生物技術(shù)融合發(fā)展方向?????? 129
第九章 研究結(jié)論及建議?? 133 第一節(jié) 研究結(jié)論? 133 一、類腦計(jì)算發(fā)展總結(jié)?????? 133 二、類腦計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用結(jié)論?????? 133 三、類腦計(jì)算產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵起點(diǎn)總結(jié)?????? 134 第二節(jié) 發(fā)展建議? 135 一、從科研、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)等多維度形成類腦智能體系化布局，并突出重點(diǎn)發(fā)展方向?????? 135 二、保證研究方向和研究團(tuán)隊(duì)方面的可持續(xù)發(fā)展??? 135 三、圍繞結(jié)構(gòu)、器件、功能三個(gè)層面開(kāi)展重點(diǎn)布局和超前部署??? 136 四、加大對(duì)基礎(chǔ)工藝/算法/軟件等的投入力度? 136 五、強(qiáng)化政產(chǎn)學(xué)研合作，推動(dòng)技術(shù)體系化創(chuàng)新?????? 136
圖表目錄 圖表：i&f神經(jīng)元的模擬電路???? 6 圖表：類腦神經(jīng)科學(xué)研究主要專利情況??? 7 圖表：類腦模塊算法化?????? 9 圖表：全球主要國(guó)家腦計(jì)劃及成果情況??? 20 圖表：1970~2020 年全球在腦科學(xué)領(lǐng)域發(fā)表論文的數(shù)量及增長(zhǎng)情況 33 圖表：2016~2020 年主要國(guó)家在腦科學(xué)領(lǐng)域的論文發(fā)表和專利申請(qǐng)情況 34 圖表：尖子人才國(guó)家分布統(tǒng)計(jì)情況??? 35 圖表：尖子人才機(jī)構(gòu)分布統(tǒng)計(jì)??? 36 圖表：按照論文被引頻次排名前30位的頂級(jí)尖子人才目錄? 37 圖表：1953-2020年我國(guó)人口數(shù)量及增長(zhǎng)率（單位：萬(wàn)人，%）?????? 44 圖表：2016~2020 年中美兩國(guó)在腦科學(xué)領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)量的對(duì)比???? 50 圖表：2016~2020 年中美兩國(guó)在腦科學(xué)領(lǐng)域申請(qǐng)專利數(shù)量的對(duì)比???? 50 圖表：2005-2020年中國(guó)創(chuàng)新指數(shù)及分領(lǐng)域指數(shù)?? 52 圖表：2018-2020年中國(guó)類腦計(jì)算科研投入情況?? 60 圖表：2018-2020年中國(guó)計(jì)算機(jī)行業(yè)營(yíng)收規(guī)模情況?????? 60 圖表：各類芯片匯總??? 99 圖表：snn仿真軟件匯總?? 101 圖表：國(guó)內(nèi)外主流神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)及芯片??? 103 圖表：snn計(jì)算模型?? 119 圖表：復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院合作機(jī)構(gòu)??? 126 圖表：類腦智能技術(shù)體系??? 133
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