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第一章 類腦計算概述及發(fā)展階段? 1 第一節(jié) 類腦計算發(fā)展概述? 1 一、類腦計算的泛指概念??? 1 二、類腦計算研究涉及的領域范圍??? 2 三、計算機科學技術發(fā)展的現(xiàn)實意義?????? 2 四、類腦計算發(fā)展的重要意義（側重于對全人類而言）?????? 3 五、類腦計算的研究價值（側重于對腦科學領域本身而言）?????? 4 第二節(jié) 類腦計算的研究分類???? 4 一、神經(jīng)科學的研究??? 4 二、類腦計算器件（硬件）的研究??? 8 三、類腦學習與處理算法（軟件）的研究?????? 10 第三節(jié) 類腦計算技術路線（采取的是仿真主義）? 13 一、結構層次模仿腦（非馮?諾依曼體系結構）???? 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（主要靠自主學習訓練而不是人工編程）??? 19
第二章 全球類腦計算技術分析及新科研進展??? 20 第一節(jié) 世界各國腦科學研究與計劃? 20 一、全球腦計劃概況??? 20 二、歐盟腦計劃??? 21 三、美國腦計劃??? 23 四、日本腦計劃??? 29 五、其他國家腦計劃??? 30 第二節(jié) 全球類腦計算技術研究? 30 一、全球類腦計算研究進展?????? 30 二、全球類腦計算技術發(fā)展?????? 31 三、各國積極部署類腦計算研發(fā)戰(zhàn)略?????? 32 第三節(jié) 類腦計算方向發(fā)展態(tài)勢與全球尖子人才分布???? 32 一、類腦計算方向世界研究前沿?????? 32 二、類腦計算方向高影響力論文的全球布局??? 33 三、類腦計算方向全球尖子人才的全球分布??? 34
第三章 基于pest模型分析的類腦計算領域發(fā)展環(huán)境??? 38 第一節(jié) 政策環(huán)境? 38 一、國際類腦智能政策研究?????? 38 二、國內(nèi)類腦智能政策研究?????? 38 三、省級科技創(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)濟環(huán)境? 41 一、國際經(jīng)濟環(huán)境?????? 41 二、國內(nèi)宏觀經(jīng)濟?????? 42 三、經(jīng)濟環(huán)境的影響??? 43 第三節(jié) 社會環(huán)境? 43 一、人口因素（人口結構、老齡化等）??? 43 二、教育腦科學的普及和推廣??? 46 三、城市發(fā)展環(huán)境?????? 47 四、社會環(huán)境的影響??? 47 第四節(jié) 技術環(huán)境? 49 一、類腦計算研究還處于初級階段??? 49 二、與國外發(fā)達技術的比較?????? 50 三、技術環(huán)境的影響??? 51
第四章 我國類腦計算科研發(fā)展現(xiàn)狀分析???? 53 第一節(jié) 我國類腦計算技術發(fā)展狀況分析? 53 一、我國類腦計算發(fā)展階段?????? 53 二、我國類腦計算發(fā)展特點?????? 53 三、我國腦科學研究機構研究方向??? 54 四、現(xiàn)階段類腦智能研究發(fā)展依然緩慢??? 55 五、類腦計算與神經(jīng)網(wǎng)絡的發(fā)展過程?????? 56 第二節(jié) 近幾年類腦計算發(fā)展現(xiàn)狀???? 57 一、2014年以來我國類腦計算取得的突破性發(fā)展? 57 二、近幾年我國類腦計算技術發(fā)展分析??? 58 三、我國計算機行業(yè)營收實現(xiàn)穩(wěn)增長?????? 60 四、近幾年中國類腦計算企業(yè)發(fā)展分析??? 61 第三節(jié) 類腦智能的發(fā)展對策及建議? 62 一、重視腦科學領域前沿核心技術的基礎研究?????? 62 二、持續(xù)加大研發(fā)投入力度，增強軟硬件研發(fā)能力?????? 63 三、持續(xù)加強現(xiàn)有類腦科研平臺學科融合的開放力度??? 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 中國類腦計算領域細分發(fā)展分析???? 66 第一節(jié) 類腦計算算法? 66 一、近年來，人工智能對算力的需求迅猛增長?????? 66 二、類腦計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) 類腦計算芯片? 67 一、類腦計算芯片是類腦智能計算系統(tǒng)的硬件主體?????? 67 二、類腦芯片一大技術特性（依靠脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡）?????? 68 三、類腦芯片關鍵技術分析?????? 68 四、清華大學?????? 69 五、現(xiàn)階段國內(nèi)類腦芯片研究成果??? 71 六、國內(nèi)外類腦芯片工藝及性能優(yōu)勢比較?????? 71 七、類腦計算機與傳統(tǒng)計算機的差別?????? 76 八、類腦計算芯片市場規(guī)模預測?????? 77 九、國內(nèi)外類腦芯片重點合作動向??? 78 十、類腦芯片擁有廣闊的應用前景??? 79 第三節(jié) 類腦計算應用? 84 一、類腦計算技術創(chuàng)新應用方向及進展??? 84 二、我國在類腦計算領域取得進展??? 86 三、類腦計算重點領域應用分析?????? 86 四、類腦計算技術發(fā)展及應用前景??? 89 五、類腦計算技術向應用轉化進程加快??? 90 六、部分類腦計算產(chǎn)品進入產(chǎn)業(yè)化階段??? 91 七、憶阻器產(chǎn)品已進行產(chǎn)業(yè)化??? 92
第六章 脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡計算技術發(fā)展及趨勢預測?????? 94 第一節(jié) 全球范圍內(nèi)運行的代表性的大型神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)? 94 一、斯坦福大學的neurogrid???? 94 二、德國海德堡大學的brainscales系統(tǒng)?????? 94 三、英國曼徹斯特大學的spinnaker系統(tǒng)?????? 95 四、美國ibm公司基于truenorth芯片構造的系統(tǒng)?????? 96 第二節(jié) 脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡相關技術發(fā)展狀況? 97 一、神經(jīng)形態(tài)運算平臺?????? 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（ann）相比，脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡（snn）的優(yōu)良特性????? 102 一、各種深度學習網(wǎng)絡，snn實現(xiàn)了更高級的生物神經(jīng)元模擬水平?? 102 二、在實現(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)絡計算發(fā)展及趨勢預測???? 103 一、神經(jīng)網(wǎng)絡是發(fā)展人工智能的重要路線?????? 103 二、snn的模型、結構以及在機器學習中的應用?? 105 三、現(xiàn)階段snn的應用落地和算法發(fā)展方興未艾? 106 四、未來脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡計算發(fā)展趨勢?????? 107
第七章 我國類腦計算技術優(yōu)勢及投融資發(fā)展分析??? 108 第一節(jié) 我國類腦計算優(yōu)勢? 108 一、國家科研層面的優(yōu)勢??? 108 二、國際巨頭領先的優(yōu)勢??? 109 第二節(jié) 國內(nèi)重點單位技術優(yōu)勢分析? 109 一、北京靈汐科技?????? 109 二、中科院自動化所??? 110 三、泓觀科技?????? 111 四、西井科技?????? 112 五、時識科技synsense???? 113 第三節(jié) 類腦計算領域投融資發(fā)展???? 114 一、全球類腦計算領域投融資情況??? 114 二、類腦計算領域投融資情況??? 115
第八章 類腦計算技術方向及發(fā)展趨勢預測 117 第一節(jié) 類腦計算技術發(fā)展方向? 117 一、“類腦計算完備性”為類腦計算提供技術標準與方案???? 117 二、類腦智能引領實現(xiàn)通用人工智能?????? 117 三、類腦計算成為人工智能研究方向?????? 118 第二節(jié) 類腦計算兩個重要技術方向? 118 一、神經(jīng)網(wǎng)絡領域?????? 118 二、神經(jīng)元領域??? 119 第三節(jié) 技術趨勢預測? 120 一、類腦智能技術和產(chǎn)品研發(fā)加速??? 120 二、類腦計算技術趨勢預測?????? 120 第四節(jié) 腦科學與生物技術的融合發(fā)展分析???? 121 一、腦科學研究概述??? 121 二、生物技術已成為科技創(chuàng)新的熱點領域?????? 121 三、神經(jīng)生物學的研究取得了可以被計算模型應用的進展??? 122 四、類腦智能和生物技術融合性科研進展?????? 122 五、神經(jīng)生物學研究機構、研究方向及合作進展??? 125 六、腦科學與生物技術融合發(fā)展方向?????? 129
第九章 研究結論及建議?? 133 第一節(jié) 研究結論? 133 一、類腦計算發(fā)展總結?????? 133 二、類腦計算關鍵技術應用結論?????? 133 三、類腦計算產(chǎn)業(yè)化的關鍵起點總結?????? 134 第二節(jié) 發(fā)展建議? 135 一、從科研、技術和產(chǎn)業(yè)等多維度形成類腦智能體系化布局，并突出重點發(fā)展方向?????? 135 二、保證研究方向和研究團隊方面的可持續(xù)發(fā)展??? 135 三、圍繞結構、器件、功能三個層面開展重點布局和超前部署??? 136 四、加大對基礎工藝/算法/軟件等的投入力度? 136 五、強化政產(chǎn)學研合作，推動技術體系化創(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：全球主要國家腦計劃及成果情況??? 20 圖表：1970~2020 年全球在腦科學領域發(fā)表論文的數(shù)量及增長情況 33 圖表：2016~2020 年主要國家在腦科學領域的論文發(fā)表和專利申請情況 34 圖表：尖子人才國家分布統(tǒng)計情況??? 35 圖表：尖子人才機構分布統(tǒng)計??? 36 圖表：按照論文被引頻次排名前30位的頂級尖子人才目錄? 37 圖表：1953-2020年我國人口數(shù)量及增長率（單位：萬人，%）?????? 44 圖表：2016~2020 年中美兩國在腦科學領域發(fā)表論文數(shù)量的對比???? 50 圖表：2016~2020 年中美兩國在腦科學領域申請專利數(shù)量的對比???? 50 圖表：2005-2020年中國創(chuàng)新指數(shù)及分領域指數(shù)?? 52 圖表：2018-2020年中國類腦計算科研投入情況?? 60 圖表：2018-2020年中國計算機行業(yè)營收規(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：國內(nèi)外主流神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)及芯片??? 103 圖表：snn計算模型?? 119 圖表：復旦大學類腦智能科學與技術研究院合作機構??? 126 圖表：類腦智能技術體系??? 133
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