下一个突破性创新数字业务模式：神经可塑性云

作者：Francesc Fon
MBA 博士
西班牙巴塞罗那伊萨德商学院 (ESADE)
francesc.fons@alumni.esade.edu

基于 FPGA 的基础架构准备将神经可塑性运用到 IaaS，实现高性能、定制化、设计安全的云计算服务。

神经科学家曾经认为人脑的结构是不变的，其神经元在幼年即已定型。后来研究证明人脑实际上是可塑的：为了对环境激励做出响应并借助思维行为本身，人脑在动态地改变自己的结构、功能和神经连接，甚至通过神经再生长出新的神经元。而且这种神经可塑性会一直持续到老。

这种经证明的人脑可塑性正在开启基于灵活、强大、量身定制的云计算基础架构即服务 (IaaS) 的突破性创新数字业务模型。基于可定制云的 IaaS 有望通过综合与请求的服务有关的优化计算来实现创新性产品差异化，交付特定的服务质量 (QoS)，为最终用户带来增值。这种模式要求特别关注高计算强度功能或应用背后的计算机架构性能、定制化和安全性等设计参数。已经出现在可重配置硬件技术的 DNA 中并且现在可部署到 FPGA 驱动的云计算基础架构的这些技术特性，正准备改变数字化业务的游戏规则。

神经可塑性和云计算

近期神经科学的最新进展已经显示我们通过采用新的思维模式和行为方式就可以轻松地重塑自己的大脑。大脑和神经系统用于定位行为的神经路径连接着大脑中相对较远的区域，而且每一个路径都与特定的领域或行为息息相关。新的思维和技能一旦出现，就会铺设新的路径。每次我们思考、感受或做什么事情的时候，我们就会通过重复练习来强化相关路径，直至行为成为习惯。


图 1 — 神经可塑性云架构

随着神经科学深化我们对大脑的理解，云计算技术在过去十年已取得长足发展，通过互联网为世界各地数十亿用户提供计算、联网和存储服务。个人、企业及其他机构正在尽情享用存储、视频、消息传输、社交网络、线上游戏和 Web 搜索等云服务。云服务不止是一种 IT 现象；它越来越多地成为企业在发展自己的业务的同时借助不断提升的计算能力降低成本、实现创新和业务转型的动力。行业观察家

已预计未来数年 IT 基础设施的主要开支将投入在云平台和应用上。

这就是说我们能否在发现神经可塑性和云计算爆炸式增长之间找到某种关系，可能激发新的数字业务模式？

试想对人的神经系统的天生神经可塑性进行抽象，并将这个概念直接移植到云计算基础架构上。通过支持 FPGA 和 SoC 器件中可用的可重配置硬件技术，突破性 IaaS 模式可根据任何给定时间客户提出的特定需求来适配和优化分布在任何云计算基础架构的数据中心中的服务器计算机架构，从而得到的计算转化为增值。为强化神经科学类比，我们使用“神经可塑性云”一语来描述将软核处理器与可编程逻辑融合在一起 (FPGA) ，以提供异构硬件-软件处理生态系统的物理云计算架构。通过这种生态系统，数据中心服务器可根据云中使用的特定应用定制和适配自己的计算能力（图 1）。

这一概念激励的是一种云计算模式的转变。在这种转变中，任何给定计算“大脑”的适配能力，一旦该“大脑”在可重配置硬件中综合为移植到云端的定制计算单元，就能提供与在严格和特定的计算要求（往往通过今天的标准云解决方案无法实现）下履行云服务的数字业务相比明显的竞争优势。能从这种方法中获益的应用领域包括金融趋势分析、实时医疗成像处理、生物信息学、计算生物学、基因组测序、能源/石油/天然气分配实时控制、大数据分析和深度学习。

把可重配置硬件技术引入到云计算领域的理念肇始于学术研究。可重配置计算社区一段时间以来一直在探索将 FPGA 与通用处理器相结合的机会，而且众多研发团队已经确信 FPGA 是未来的云计算服务器中应用专用加速器的实现技术。这一理解尚未转化为广泛可用的商用解决方案；但微软、IBM、英特尔、高通和百度等云技术主导企业加上 FPGA 厂商正在极力倡导将 FPGA 用于数据中心工作负载的优化。

在这个数字服务经济推动云计算增长的时代，云计算利益相关方逐渐认识到，数据中心采用 FPGA 比采用其它可用替代方案，能提供更高的性能功耗比。这意味着云服务提供商会很快有新的策略，用于交付为他们的客户的特定需求定制的计算基础架构，并通过响应时间、网络安全，当然还包括性能等有意义的 QoS 参数加以量化。任何数字化企业的云计算基础架构都会随着可重配置硬件技术的部署发生明显变化，直至企业停止把基础架构当作商品对待，而是将其当作业务价值链中的关键一环来使用。

三大内在属性支撑着提议的基于可重配置硬件的神经塑性云计算基础架构：高性能（以更快速度得到结果）、灵活性（经优化的计算，采用完全适配将要运行的特定应用的架构）和安全性（从设计提供的数据隐私、加密和防范网络安全威胁的保护）。综合运用这些特征有望促成数字业务时代的突破性创新。