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篇名: 人腦到底相當於多少GHz的CP
作者: judy	日期: 2019.05.01　　天氣: 　心情:

人腦到底相當於多少GHz的CPU？
2018-04-21 由聞西說科技發表于科學

理論上來說，人腦的計算速度是可以被量化的，但由於我們對於大腦的了解極其有限，有科學家用了一個很形象化的比喻說明了我們對於我們的大腦的了解是多麼的有限：

如果了解我們大腦需要一英里的話，那麼我們目前對於人腦的了解僅有3英寸。

所以，這個人腦計算速度量化的工作實際上幾乎不可能實現。

為什麼這麼說？

因為人類大約有成百上千億的腦細胞，每個腦細胞大約有幾百條腦神經，每條神經上大約有幾百個突觸，每個突觸有幾百到幾千個蛋白質。

而且更為重要的是，我們的一個神經元它能產生的信號就有非常多的種類，而不僅僅是跟計算機一樣，只有0和1。

因此，可以想像，這麼多的組合，它的組合會有多少種，根本無法估量。

但仍然有科學家試圖去估算人腦的計算速度。

下面是一篇2014年1月份的一則科技新聞：

作為世界上最快的超級計算機之一，日本代號為「京」的超級計算機每秒能進行8162萬億次運算，擁有82,944個處理器，每秒能夠驅動1.016萬億次操作。但即便是這樣，和人腦比起來，「京」型超級計算機的運算能力還是小巫見大巫了。

如果一定要一個給出一個形象化的認知，那麼按照Tweaktown的表述，對「京」來說，讓它以最佳性能全速運轉40分鐘才可以模仿人腦一秒鐘的活動量。之所以如此複雜是由於進行一項模仿人腦活動的實驗需要17.3億個虛擬神經元和10.4萬億個虛擬突觸建立連接，而且每個神經突觸還需要24字節的內存。

從以上這則科技新聞我們可以看出，人腦的運算能力，其實遠勝於當今絕大部分的計算機，但這則新聞，仍然只能讓我們對此有一個大致的概念，真正的數值會是多少GHz呢？

回答這個問題之前，先引用一段國外WaitButWhy里的一篇科技神作裡面的一段描述，針對人腦到底有多快的量化，其實有科學家做了估算了：

用來描述運算能力的單位叫作cps（calculations per second，每秒計算次數），要計算人腦的cps只要了解人腦中所有結構的最高cps，然後加起來就行了。

Kurzweil把對於一個結構的最大cps的專業估算，然後考慮這個結構占整個大腦的重量，做乘法，來得出人腦的cps。聽起來不太靠譜，但是Kurzweil用了對於不同大腦區域的專業估算值，得出的最終結果都非常類似，是10^16 cps，也就是1億億次計算每秒。

現在最快的超級計算機，中國的天河二號，其實已經超過這個運算力了，天河每秒能進行3.4億億。當然，天河二號占地720平方米，耗電2400萬瓦，耗費了3.9億美元建造。廣泛應用就不提了，即使是大部分商業或者工業運用也是很貴的。

但仍然沒有回答題主的這個問題：到底多少GHz呢？

要回答這個問題，我們需要先搞清楚，到底運算速度應該用什麼來表示？

我們如果要評估一台電腦的速度，我們通常喜歡看CPU的頻率，比如2.3GHz要比2.0GHz更快，但實際CPU主頻並非衡量電腦運算速度的唯一指標，CPU的主頻表示在CPU內數字脈衝信號震盪的速度。

運算的速度還要考量並行性，比如，CPU是有多少核心，同樣的主頻，4核心肯定比雙核更快，如果計算時，並行的越多，即使主頻低，也可以超越主頻高，但核心少的晶片。

CPU VS GPU

這也就是為什麼GPU在圖像處理方面，遠勝於CPU。

但我們還是可以想辦法把一億億次計算每秒想辦法來計算成GHz。

以經典的Pentium4 2.0 CPU為例，它的工作主頻為2.0GHz，這說明了什麼呢？

具體來說，2.0GHz意味著每秒鐘它會產生20億個時鐘脈衝信號，每個時鐘信號周期為0.5納秒。而Pentium4CPU有4條流水線運算單元，如果負載均勻的話，CPU在1個時鐘周期內可以進行4個二進位加法運算。這就意味著該Pentium4CPU每秒鐘可以執行80億條二進位加法運算。

這樣算下來，一億億次就相當於10^16 / 80^8=1 250 000個Pentium4 2.0 CPU，這款CPU為單核2GHz的，因此一億億次大致是2 500 000GHz，即250萬GHz。

也就是說，人腦的運算能力，如果估算的話，用GHz來表示的話，大約為250萬GHz。

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