初创公司计划建设首个由人类脑细胞驱动的数据中心

生物计算从实验室走向数据中心

一家初创公司正在建设声称是由人类脑细胞驱动的世界首个数据中心，标志着将生物计算从研究好奇心转变为实用技术的最雄心勃勃的尝试。该公司计划在一个专为处理真实计算工作负载而设计的设施中，将脑器官体（实验室培养的人类神经元集群）用作核心处理单元。

这种方法利用了生物神经网络相对于硅芯片的根本优势：能效。人类大脑每秒执行大约10昆的操作，同时仅消耗约20瓦的电力，比典型的灯泡还少。现代数据中心消耗数百万瓦的电力，需要复杂的冷却系统来增加进一步的能源成本。

脑细胞计算如何运作

该技术基于十年来的脑器官体研究进展。科学家们已经学会在实验室培皿中培养人类神经元集群，在那里细胞自组织成三维结构，表现出类似脑功能的电活动。这些脑器官体形成突触连接，处理信号，并展示基础学习行为。

在生物计算背景下，脑器官体通过微电极阵列与电子系统接口连接，这些阵列既刺激神经元，也读取其电反应。输入数据被编码为电刺激的模式，脑器官体通过其神经网络处理这些信号，输出通过电极阵列读回。

以前的演示表明，脑器官体可以学会玩简单的视频游戏，识别模式并执行基本的分类任务。初创公司旨在通过平行部署数千个脑器官体来扩展这一点，每个处理工作负载的一部分，传统电子产品管理生物处理单元之间的协调和数据路由。

能量方程

主要卖点是能耗。随着AI工作负载的激增，数据中心电力需求已成为关键瓶颈。国际能源署预计，到2030年，数据中心将每年消耗超过1,000太瓦时，大约相当于日本的全部电力消耗。

这些能量的大部分用于冷却而不是计算。硅处理器产生大量废热，必须持续去除。生物神经网络在体温下运行，产生最少的多余热量，可能消除能源密集型冷却基础设施。

初创公司估计，生物计算数据中心可以以传统系统能源成本的千分之一执行某些工作负载。即使实际数字不太令人印象深刻，节省对于与电力限制作斗争的行业来说也可能是变革性的。

技术挑战

尽管愿景引人注目，但仍存在重大障碍。脑器官体寿命是一个问题：虽然神经元可以在实验室条件下存活数月，但在数据中心环境中维持数千个脑器官体需要复杂的生命支持系统，包括营养物质输送、废物清除和环境控制。

可靠性是另一个挑战。硅芯片产生确定性输出，而生物神经网络表现出变异性和噪声。解决这个问题需要冗余、错误纠正和仍处于早期发展阶段的新型编程方法。

速度也是一个限制。生物神经元以数百赫兹激发，而硅晶体管以数十亿激发。生物计算通过大规模并行化来补偿，类似于大脑的860亿神经元如何达到显著性能，尽管每个从电子标准来说都很慢。在工程系统中扩展此并行化仍未解决。

道德考虑

在计算中使用人类脑细胞提出了道德问题，随着技术的成熟，这些问题将增长。当前的脑器官体不显示任何类似于意识的东西，但道德边界定义不清楚。随着脑器官体变得更大、更复杂，关于其道德地位的问题变得更难避免。

生物伦理学家呼吁建立积极的治理框架，为脑器官体商业化制定明确指导方针。细胞来源，通常来自捐赠的皮肤细胞重新编程为干细胞然后分化为神经元，提出了关于同意和知识产权的问题。

生物计算的监管框架基本上不存在。初创公司表示正在主动与伦理委员会和监管机构合作。概念验证设施预计在18个月内到位，初期针对AI工作负载，其中能源优势最明显，包括模式识别和异常检测。

本文基于《新科学家》的报道。阅读原文。