通过大脑直接与外界交互

念想一下，就能随意操控开关

脑筋一动，机械臂便能完成所想动作

……

这些科幻小说中才会出现的镜头

正通过类脑智能技术一步步迈进现实

深度学习正落地开花，但它可能并非人工智能的终极方案。无论是学术界还是产业界，都在思考人工智能的下一步发展路径：类脑智能已悄然成为备受关注的“种子选手”之一。

本期《全球硬核科技》聚焦类脑智能技术全球发展态势、竞争格局、研发动向、资源布局等内容，让你“脑”洞大开，敲响人工智能世界的另一扇大门。

类脑智能技术时有突破

脑机接口产业化迹象初现

类脑智能被视为科研领域“皇冠上的明珠”，是推进人工智能跨越式发展的重要突破口。其技术根基是根据人脑结构和功能，利用微纳器件模拟神经元和突触的信息处理和传递功能，实现在器件和架构层面认识脑、模拟脑、增强脑。

▲类脑智能技术体系各层级研究方向

那么当前，全球类脑智能技术研究又取得了哪些不同程度的进展呢？理论上，人脑图谱实现了部分绘制；硬件上，各国科研机构及相关企业相继研制出多种类脑芯片和类脑计算机；软件上，算法框架及脉冲神经网络等研发成果初现。

不过当下，脑科学理论层面仍有欠缺、类脑计算系统技术不够成熟、类脑计算并不能完全模拟神经元多样性及变化性特性。类脑智能技术突破虽时有出现，但类脑技术距离成熟仍有很长的探索之路。

伴随技术突破，类脑智能市场也逐渐展露。国际市场研究机构Verified Market Research发布的报告称，2020年全球类脑智能市场规模为15.14亿美元，预计在2030年达到140.48亿美元，年复合增长率达24.95%。

▲2020-2030年全球类脑智能市场规模及预测规模

目前这一市场尚处于起步阶段，其中2个细分板块值得关注——

类脑计算：随着全球类脑智能技术不断进步，高端集成电路（光路）-芯片、模拟人脑的脉冲神经网络（SNN）和对大脑神经回路的深入研究等推动了神经形态计算市场的发展，但目前多处于研究开发阶段，尚未形成规模化。

脑机接口：随着神经科学、生物兼容性材料、传感器、大数据和人工智能等技术的进步，行业内以Neuralink为代表的创新技术公司和行业知名投资公司联合推动着全球脑机接口市场快速发展，已经成为整个类脑智能市场中发展较成熟的板块。

值得一提的是，脑机接口技术作为当前类脑智能发展诞生的重要技术，已经有部分商业公司将其推向产业化。在医疗健康领域，脑机接口可帮助瘫痪人士通过脑机设备控制机械臂完成相应动作，也可实现对多动症、癫痫等疾病釆取神经反馈方式做对应的恢复训练；在智能家居等非医疗健康领域，脑机接口类似于“遥控器”，帮助人们用意念实现开关灯、开关门和开关窗帘等控制功能。

类脑智能受全球关注

美国占主导、中国赶超成绩显著

作为人工智能的终极目标，全球主要经济体均高度重视类脑智能的发展，在各自推出的“脑计划”中，类脑智能已经成为重要目标之一。

整体来看，美国占据行业主导地位，而中国、日本、韩国及欧洲等地区尚处于第二梯队。

▲2020年全球类脑智能市场分布（按市场份额）

其中——

美国是全球最早将类脑智能作为未来发展重大战略之一的国家，也是全球脑科学基础以及类脑智能技术最成熟的国家，实现了从基础理论到产业化应用的整体布局。2020年美国类脑智能市场规模为7.06亿美元（约合人民币45.21亿元），占全球市场份额的47%，位居全球首位。国际商业机器公司（IBM）、英特尔（Intel）、惠普（hp）等硬件层优势公司，Numenta、Vicarious等软件层优势公司，以及以Neuralink为代表的应用层公司等全球类脑智能领域头部企业总部多位于美国。

▲美国类脑智能研究项目代表成果

中国类脑智能研究相较于欧美起步晚，但近年来快速发展，逐步达到国际前沿水平。2020年，中国类脑智能市场规模为3.25亿美元（人民币约20.81亿元），占全球市场份额的21%，仅次于美国。目前中国类脑智能研究成果主要包括类脑芯片、类脑计算机研制和类脑计算理论突破两方面，如清华大学首次提出“类脑计算完备性”概念、研制出Tianjic芯片（天机芯），浙江大学研制出Darwin Mouse计算机等。

▲中国类脑智能研究项目代表成果

快速发展的背后离不开政策加持。2016年，中国推出“脑计划”。与欧美、日本相比，中国的脑计划更为全面，形成以研究脑认知的神经原理为“主体”、研发脑重大疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”的“一体两翼”布局。此外，国家“‘十四五’规划和2035年远景目标纲要”等都将类脑智能列为重点研究任务；《科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目2021年度申报指南通知》更将类脑智能研究提升到国家战略高度。中国正力争成为全球类脑智能研究领先者。

放眼全球其他地区，欧洲是初创企业的“热土”，全球类脑智能领域的初创公司大多聚集在欧洲地区，如GrAI Matter Labs、SpikeNet Technology，欧洲类脑智能逐步向产业化迈进。日本更重视大脑机理研究，绘制了狨猴大脑的3D图谱，在此基础上开展人类大脑的研究。韩国则是亚太地区最早提出类脑智能研究的国家，研发成果主要来源于三星电子（Samsung Electronics），重点在神经形态硬件层面。

专利量总体持续增长

全球呈现中美“双巨头”格局

全球类脑智能技术领域专利近10年总体呈持续攀升态势。由于新冠肺炎疫情，全球各地科研工作正常节奏均受到不同程度影响。但随着疫情逐步受到控制，全球类脑智能软硬件技术研发将继续加速，预计2023年当年专利申请量将达2500件。

▲全球类脑智能专利申请及授权时序分布及预测趋势（件）

专利申请上，美国类脑智能行业专利申请共6166件，占比64.44%，是全球最大技术来源国。全球持有类脑智能技术专利最多的10家机构中，有7家总部位于美国；中国类脑智能行业专利申请共2366件，是全球第二大技术来源国。全球持有类脑智能技术专利最多的10家机构中，有2家总部位于中国，分别是清华大学和中科寒武纪科技股份有限公司。欧洲、日本、韩国等与中美差距较大。

▲全球类脑智能专利申请技术来源国分布（件）

技术布局上，美国、中国分别以4585件、3540件成为类脑智能技术专利前两大技术目标国，且差距远小于两国专利申请量差值，在全球范围内形成“双巨头”格局。这主要由于中美作为全球的GDP前两位的经济体，均高度重视脑科学研究及类脑智能发展，类脑智能行业市场相比其他地区更为活跃，发展潜力大，因此技术布局竞争激烈，对其他经济体或地区专利人具有较强吸引力。

▲全球类脑智能专利目标市场国地区分布（件）

头部机构上，全球类脑智能技术专利申请主体Top10被美、韩、中三国机构占据。Top10申请机构中企业占8席，高校院所占2席。除三星电子公司外，前8席其他机构均位于美国，我国清华大学、中科寒武纪科技股份有限公司2家机构上榜。

▲全球类脑智能技术专利申请主体Top10（件）

视线转向国内。我国类脑智能专利申请量Top15省市中，北京实力雄厚，优势突出；江苏、广东、上海、浙江的专利申请均过百件。专利申请量较多省市，其类脑智能研发实力突出的高校及企业分布优势明显。与国外由企业主力推动不同，中国类脑智能技术研发更多由高校院所主导，继而逐步向产业成果转化。四川省类脑智能技术研究依托于电子科技大学、四川大学等重点高校，进展较快，专利申请量在全国各省市中列第11位。

当下智能类脑技术研发热点及瓶颈有哪些？中美两国在技术方向与技术布局上又存在何种差异？全球类脑智能创新资源分布都在哪里？

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