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2021-09-24 04:50:52
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2021-09-24 09:57:18
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摩爾定律放緩 靠啥提升AI晶片運算力?
作者 : 黃燁鋒,EE Times China
2021-07-26
對於電子科技革命的即將終結的說法,一般認為即是指摩爾定律的終結——摩爾定律一旦無法延續,也就意味著資訊技術的整棟大樓建造都將出現停滯,那麼第三次科技革命也就正式結束了。這種聲音似乎是從十多年前就有的,但這波革命始終也沒有結束。AI技術本質上仍然是第三次科技革命的延續……
人工智慧(AI)的技術發展,被很多人形容為第四次科技革命。前三次科技革命,分別是蒸汽、電氣、資訊技術(電子科技)革命。彷彿這“第四次”有很多種說辭,比如有人說第四次科技革命是生物技術革命,還有人說是量子技術革命。但既然AI也是第四次科技革命之一的候選技術,而且作為資訊技術的組成部分,卻又獨立於資訊技術,即表示它有獨到之處。
電子科技革命的即將終結,一般認為即是指摩爾定律的終結——摩爾定律一旦無法延續,也就意味著資訊技術的整棟大樓建造都將出現停滯,那麼第三次科技革命也就正式結束了。這種聲音似乎是從十多年前就有,但這波革命始終也沒有結束。
AI技術本質上仍然是第三次科技革命的延續,它的發展也依託於幾十年來半導體科技的進步。這些年出現了不少專門的AI晶片——而且市場參與者相眾多。當某一個類別的技術發展到出現一種專門的處理器為之服務的程度,那麼這個領域自然就不可小覷,就像當年GPU出現專門為圖形運算服務一樣。
所以AI晶片被形容為CPU、GPU之後的第三大類電腦處理器。AI專用處理器的出現,很大程度上也是因為摩爾定律的發展進入緩慢期:電晶體的尺寸縮減速度,已經無法滿足需求,所以就必須有某種專用架構(DSA)出現,以快速提升晶片效率,也才有了專門的AI晶片。
另一方面,摩爾定律的延緩也成為AI晶片發展的桎梏。在摩爾定律和登納德縮放比例定律(Dennard Scaling)發展的前期,電晶體製程進步為晶片帶來了相當大的助益,那是「happy scaling down」的時代——CPU、GPU都是這個時代受益,不過Dennard Scaling早在45nm時期就失效了。
AI晶片作為第三大類處理器,在這波發展中沒有趕上happy scaling down的好時機。與此同時,AI應用對運算力的需求越來越貪婪。今年WAIC晶片論壇圓桌討論環節,燧原科技創始人暨CEO趙立東說:「現在訓練的GPT-3模型有1750億參數,接近人腦神經元數量,我以為這是最大的模型了,要千張Nvidia的GPU卡才能做。談到AI運算力需求、模型大小的問題,說最大模型超過萬億參數,又是10倍。」
英特爾(Intel)研究院副總裁、中國研究院院長宋繼強說:「前兩年用GPU訓練一個大規模的深度學習模型,其碳排放量相當於5台美式車整個生命週期產生的碳排量。」這也說明了AI運算力需求的貪婪,以及提供運算力的AI晶片不夠高效。
不過作為產業的底層驅動力,半導體製造技術仍源源不斷地為AI發展提供推力。本文將討論WAIC晶片論壇上聽到,針對這個問題的一些前瞻性解決方案——有些已經實現,有些則可能有待時代驗證。
XPU、摩爾定律和異質整合
「電腦產業中的貝爾定律,是說能效每提高1,000倍,就會衍生出一種新的運算形態。」中科院院士劉明在論壇上說,「若每瓦功耗只能支撐1KOPS的運算,當時的這種運算形態是超算;到了智慧型手機時代,能效就提高到每瓦1TOPS;未來的智慧終端我們要達到每瓦1POPS。 這對IC提出了非常高的要求,如果依然沿著CMOS這條路去走,當然可以,但會比較艱辛。」
針對性能和效率提升,除了尺寸微縮,半導體產業比較常見的思路是電晶體結構、晶片結構、材料等方面的最佳化,以及處理架構的革新。
(1)AI晶片本身其實就是對處理器架構的革新,從運算架構的層面來看,針對不同的應用方向造不同架構的處理器是常規,更專用的處理器能促成效率和性能的成倍增長,而不需要依賴於電晶體尺寸的微縮。比如GPU、神經網路處理器(NPU,即AI處理器),乃至更專用的ASIC出現,都是這類思路。
CPU、GPU、NPU、FPGA等不同類型的晶片各司其職,Intel這兩年一直在推行所謂的「XPU」策略就是用不同類型的處理器去做不同的事情,「整合起來各取所需,用組合拳會好過用一種武器去解決所有問題。」宋繼強說。Intel的晶片產品就涵蓋了幾個大類,Core CPU、Xe GPU,以及透過收購獲得的AI晶片Habana等。
另外針對不同類型的晶片,可能還有更具體的最佳化方案。如當代CPU普遍加入AVX512指令,本質上是特別針對深度學習做加強。「專用」的不一定是處理器,也可以是處理器內的某些特定單元,甚至固定功能單元,就好像GPU中加入專用的光線追蹤單元一樣,這是當代處理器普遍都在做的一件事。
(2)從電晶體、晶片結構層面來看,電晶體的尺寸現在仍然在縮減過程中,只不過縮減幅度相比過去變小了——而且為緩解電晶體性能的下降,需要有各種不同的技術來輔助尺寸變小。比如說在22nm節點之後,電晶體變為FinFET結構,在3nm之後,電晶體即將演變為Gate All Around FET結構。最終會演化為互補FET (CFET),其本質都是電晶體本身充分利用Z軸,來實現微縮性能的提升。
劉明認為,「除了基礎元件的變革,IC現在的發展還是比較多元化,包括新材料的引進、元件結構革新,也包括微影技術。長期賴以微縮的基本手段,現在也在發生巨大的變化,特別是未來3D的異質整合。這些多元技術的協同發展,都為晶片整體性能提升帶來了很好的增益。」
他並指出,「從電晶體級、到晶圓級,再到晶片堆疊、引線接合(lead bonding),精準度從毫米向奈米演進,互連密度大大提升。」從晶圓/裸晶的層面來看,則是眾所周知的朝more than moore’s law這樣的路線發展,比如把兩片裸晶疊起來。現在很熱門的chiplet技術就是比較典型的並不依賴於傳統電晶體尺寸微縮,來彈性擴展性能的方案。
台積電和Intel這兩年都在大推將不同類型的裸晶,異質整合的技術。2.5D封裝方案典型如台積電的CoWoS,Intel的EMIB,而在3D堆疊上,Intel的Core LakeField晶片就是用3D Foveros方案,將不同的裸晶疊在一起,甚至可以實現兩片運算裸晶的堆疊、互連。
之前的文章也提到過AMD剛發佈的3D V-Cache,將CPU的L3 cache裸晶疊在運算裸晶上方,將處理器的L3 cache大小增大至192MB,對儲存敏感延遲應用的性能提升。相比Intel,台積電這項技術的獨特之處在於裸晶間是以混合接合(hybrid bonding)的方式互連,而不是micro-bump,做到更小的打線間距,以及晶片之間數十倍通訊性能和效率提升。
這些方案也不直接依賴傳統的電晶體微縮方案。這裡實際上還有一個方面,即新材料的導入專家們沒有在論壇上多說,本文也略過不談。
1,000倍的性能提升
劉明談到,當電晶體微縮的空間沒有那麼大的時候,產業界傾向於採用新的策略來評價技術——「PPACt」——即Powe r(功耗)、Performance (性能)、Cost/Area-Time (成本/面積-時間)。t指的具體是time-to-market,理論上應該也屬於成本的一部分。
電晶體微縮方案失效以後,「多元化的技術變革,依然會讓IC性能得到進一步的提升。」劉明說,「根據預測,這些技術即使不再做尺寸微縮,也會讓IC的晶片性能做到500~1,000倍的提升,到2035年實現Zetta Flops的系統性能水準。且超算的發展還可以一如既往地前進;單裸晶儲存容量變得越來越大,IC依然會為產業發展提供基礎。」
500~1,000倍的預測來自DARPA,感覺有些過於樂觀。因為其中的不少技術存在比較大的邊際遞減效應,而且有更實際的工程問題待解決,比如運算裸晶疊層的散熱問題——即便業界對於這類工程問題的探討也始終在持續。
不過1,000倍的性能提升,的確說明摩爾定律的終結並不能代表第三次科技革命的終結,而且還有相當大的發展空間。尤其本文談的主要是AI晶片,而不是更具通用性的CPU。
矽光、記憶體內運算和神經型態運算
在非傳統發展路線上(以上內容都屬於半導體製造的常規思路),WAIC晶片論壇上宋繼強和劉明都提到了一些頗具代表性的技術方向(雖然這可能與他們自己的業務方向或研究方向有很大的關係)。這些技術可能尚未大規模推廣,或者仍在商業化的極早期。
(1)近記憶體運算和記憶體內運算:處理器性能和效率如今面臨的瓶頸,很大程度並不在單純的運算階段,而在資料傳輸和儲存方面——這也是共識。所以提升資料的傳輸和存取效率,可能是提升整體系統性能時,一個非常靠譜的思路。
這兩年市場上的處理器產品用「近記憶體運算」(near-memory computing)思路的,應該不在少數。所謂的近記憶體運算,就是讓儲存(如cache、memory)單元更靠近運算單元。CPU的多層cache結構(L1、L2、L3),以及電腦處理器cache、記憶體、硬碟這種多層儲存結構是常規。而「近記憶體運算」主要在於究竟有多「近」,cache記憶體有利於隱藏當代電腦架構中延遲和頻寬的局限性。
這兩年在近記憶體運算方面比較有代表性的,一是AMD——比如前文提到3D V-cache增大處理器的cache容量,還有其GPU不僅在裸晶內導入了Infinity Cache這種類似L3 cache的結構,也更早應用了HBM2記憶體方案。這些實踐都表明,儲存方面的革新的確能帶來性能的提升。
另外一個例子則是Graphcore的IPU處理器:IPU的特點之一是在裸晶內堆了相當多的cache資源,cache容量遠大於一般的GPU和AI晶片——也就避免了頻繁的訪問外部儲存資源的操作,極大提升頻寬、降低延遲和功耗。
近記憶體運算的本質仍然是馮紐曼架構(Von Neumann architecture)的延續。「在做處理的過程中,多層級的儲存結構,資料的搬運不僅僅在處理和儲存之間,還在不同的儲存層級之間。這樣頻繁的資料搬運帶來了頻寬延遲、功耗的問題。也就有了我們經常說的運算體系內的儲存牆的問題。」劉明說。
構建非馮(non-von Neumann)架構,把傳統的、以運算為中心的馮氏架構,變換一種新的運算範式。把部分運算力下推到儲存。這便是記憶體內運算(in-memory computing)的概念。
記憶體內運算的就現在看來還是比較新,也有稱其為「存算一體」。通常理解為在記憶體中嵌入演算法,儲存單元本身就有運算能力,理論上消除資料存取的延遲和功耗。記憶體內運算這個概念似乎這在資料爆炸時代格外醒目,畢竟可極大減少海量資料的移動操作。
其實記憶體內運算的概念都還沒有非常明確的定義。現階段它可能的內涵至少涉及到在儲記憶體內部,部分執行資料處理工作;主要應用於神經網路(因為非常契合神經網路的工作方式),以及這類晶片具體的工作方法上,可能更傾向於神經型態運算(neuromorphic computing)。
對於AI晶片而言,記憶體內運算的確是很好的思路。一般的GPU和AI晶片執行AI負載時,有比較頻繁的資料存取操作,這對性能和功耗都有影響。不過記憶體內運算的具體實施方案,在市場上也是五花八門,早期比較具有代表性的Mythic導入了一種矩陣乘的儲存架構,用40nm嵌入式NOR,在儲記憶體內部執行運算,不過替換掉了數位週邊電路,改用類比的方式。在陣列內部進行模擬運算。這家公司之前得到過美國國防部的資金支援。
劉明列舉了近記憶體運算和記憶體內運算兩種方案的例子。其中,近記憶體運算的這個方案應該和AMD的3D V-cache比較類似,把儲存裸晶和運算裸晶疊起來。
劉明指出,「這是我們最近的一個工作,採用hybrid bonding的技術,與矽通孔(TSV)做比較,hybrid bonding功耗是0.8pJ/bit,而TSV是4pJ/bit。延遲方面,hybrid bonding只有0.5ns,而TSV方案是3ns。」台積電在3D堆疊方面的領先優勢其實也體現在hybrid bonding混合鍵合上,前文也提到了它具備更高的互連密度和效率。
另外這套方案還將DRAM刷新頻率提高了一倍,從64ms提高至128ms,以降低功耗。「應對刷新率變慢出現拖尾bit,我們引入RRAM TCAM索引這些tail bits」劉明說。
記憶體內運算方面,「傳統運算是用布林邏輯,一個4位元的乘法需要用到幾百個電晶體,這個過程中需要進行資料來回的移動。記憶體內運算是利用單一元件的歐姆定律來完成一次乘法,然後利用基爾霍夫定律完成列的累加。」劉明表示,「這對於今天深度學習的矩陣乘非常有利。它是原位的運算和儲存,沒有資料搬運。」這是記憶體內運算的常規思路。
「無論是基於SRAM,還是基於新型記憶體,相比近記憶體運算都有明顯優勢,」劉明認為。下圖是記憶體內運算和近記憶體運算,精準度、能效等方面的對比,記憶體內運算架構對於低精準度運算有價值。
下圖則總結了業內主要的一些記憶體內運算研究,在精確度和能效方面的對應關係。劉明表示,「需要高精確度、高運算力的情況下,近記憶體運算目前還是有優勢。不過記憶體內運算是更新的技術,這幾年的進步也非常快。」
去年阿里達摩院發佈2020年十大科技趨勢中,有一個就是存算一體突破AI算力瓶頸。不過記憶體內運算面臨的商用挑戰也一點都不小。記憶體內運算的通常思路都是類比電路的運算方式,這對記憶體、運算單元設計都需要做工程上的考量。與此同時這樣的晶片究竟由誰來造也是個問題:是記憶體廠商,還是數文書處理器廠商?(三星推過記憶體內運算晶片,三星、Intel垂直整合型企業似乎很適合做記憶體內運算…)
(2)神經型態運算:神經型態運算和記憶體內運算一樣,也是新興技術的熱門話題,這項技術有時也叫作compute in memory,可以認為它是記憶體內運算的某種發展方向。神經型態和一般神經網路AI晶片的差異是,這種結構更偏「類人腦」。
進行神經型態研究的企業現在也逐漸變得多起來,劉明也提到了AI晶片「最終的理想是在結構層次模仿腦,元件層次逼近腦,功能層次超越人腦」的「類腦運算」。Intel是比較早關注神經型態運算研究的企業之一。
傳說中的Intel Loihi就是比較典型存算一體的架構,「這片裸晶裡面包含128個小核心,每個核心用於模擬1,024個神經元的運算結構。」宋繼強說,「這樣一塊晶片大概可以類比13萬個神經元。我們做到的是把768個晶片再連起來,構成接近1億神經元的系統,讓學術界的夥伴去試用。」
「它和深度學習加速器相比,沒有任何浮點運算——就像人腦裡面沒有乘加器。所以其學習和訓練方法是採用一種名為spike neutral network的路線,功耗很低,也可以訓練出做視覺辨識、語言辨識和其他種類的模型。」宋繼強認為,不採用同步時脈,「刺激的時候就是一個非同步電動勢,只有工作部分耗電,功耗是現在深度學習加速晶片的千分之一。」
「而且未來我們可以對不同區域做劃分,比如這兒是視覺區、那兒是語言區、那兒是觸覺區,同時進行多模態訓練,互相之間產生關聯。這是現在的深度學習模型無法比擬的。」宋繼強說。這種神經型態運算晶片,似乎也是Intel在XPU方向上探索不同架構運算的方向之一。
(2)微型化矽光:這個技術方向可能在層級上更偏高了一些,不再晶片架構層級,不過仍然值得一提。去年Intel在Labs Day上特別談到了自己在矽光(Silicon Photonics)的一些技術進展。其實矽光技術在連接資料中心的交換機方面,已有應用了,發出資料時,連接埠處會有個收發器把電訊號轉為光訊號,透過光纖來傳輸資料,另一端光訊號再轉為電訊號。不過傳統的光收發器成本都比較高,內部元件數量大,尺寸也就比較大。
Intel在整合化的矽光(IIIV族monolithic的光學整合化方案)方面應該是商業化走在比較前列的,就是把光和電子相關的組成部分高度整合到晶片上,用IC製造技術。未來的光通訊不只是資料中心機架到機架之間,也可以下沉到板級——就跟現在傳統的電I/O一樣。電互連的主要問題是功耗太大,也就是所謂的I/O功耗牆,這是這類微型化矽光元件存在的重要價值。
這其中存在的技術挑戰還是比較多,如做資料的光訊號調變的調變器調變器,據說Intel的技術使其實現了1,000倍的縮小;還有在接收端需要有個探測器(detector)轉換光訊號,用所謂的全矽微環(micro-ring)結構,實現矽對光的檢測能力;波分複用技術實現頻寬倍增,以及把矽光和CMOS晶片做整合等。
Intel認為,把矽光模組與運算資源整合,就能打破必須帶更多I/O接腳做更大尺寸處理器的這種趨勢。矽光能夠實現的是更低的功耗、更大的頻寬、更小的接腳數量和尺寸。在跨處理器、跨伺服器節點之間的資料互動上,這類技術還是頗具前景,Intel此前說目標是實現每根光纖1Tbps的速率,並且能效在1pJ/bit,最遠距離1km,這在非本地傳輸上是很理想的數字。
還有軟體…
除了AI晶片本身,從整個生態的角度,包括AI感知到運算的整個鏈條上的其他組成部分,都有促成性能和效率提升的餘地。比如這兩年Nvidia從軟體層面,針對AI運算的中間層、庫做了大量最佳化。相同的底層硬體,透過軟體最佳化就能實現幾倍的性能提升。
宋繼強說,「我們發現軟體最佳化與否,在同一個硬體上可以達到百倍的性能差距。」這其中的餘量還是比較大。
在AI開發生態上,雖然Nvidia是最具發言權的;但從戰略角度來看,像Intel這種研發CPU、GPU、FPGA、ASIC,甚至還有神經型態運算處理器的企業而言,不同處理器統一開發生態可能更具前瞻性。Intel有個稱oneAPI的軟體平台,用一套API實現不同硬體性能埠的對接。這類策略對廠商的軟體框架構建能力是非常大的考驗——也極大程度關乎底層晶片的執行效率。
在摩爾定律放緩、電晶體尺寸微縮變慢甚至不縮小的前提下,處理器架構革新、異質整合與2.5D/3D封裝技術依然可以達成1,000倍的性能提升;而一些新的技術方向,包括近記憶體運算、記憶體內運算和微型矽光,能夠在資料訪存、傳輸方面產生新的價值;神經型態運算這種類腦運算方式,是實現AI運算的目標;軟體層面的最佳化,也能夠帶動AI性能的成倍增長。所以即便摩爾定律嚴重放緩,AI晶片的性能、效率提升在上面提到的這麼多方案加持下,終將在未來很長一段時間內持續飛越。這第三(四)次科技革命恐怕還很難停歇。
資料來源:https://www.eettaiwan.com/20210726nt61-ai-computing/?fbclid=IwAR3BaorLm9rL2s1ff6cNkL6Z7dK8Q96XulQPzuMQ_Yky9H_EmLsBpjBOsWg
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過去一段時期,對遙遠武漢前線的想像/理解中,討論得最離奇和偏差,甚至奇譚怪論到讓我覺得略欠人性、近乎磽薄的揣想,大概就是關於由體育館和會展中心改造而來,主要用來收治輕症級別的確診感染者的「方艙醫院」了。
至今復盤,或許大批量興建方艙醫院,讓輕症確診患者有地方可去、有一對多的基本醫療人力照護,且一旦病情惡化,能更有序地後送到正式醫院病房,大概是使武漢抗疫戰爭從醫護資源瀕臨斷線,到逐步拉回軌道、穩定住局面的轉捩點。
這一舉,扭轉了更多家庭因為起初隔離病房不足、醫院整體床位不足的狀況下,許多輕症患者自我居家隔離,但事實上很難做好居家隔離、反而造成全家多人交叉感染的悲劇繼續擴大。只可惜,這一決策來得太晚了。
用同事的話說,一些病人稱,方艙醫院是武漢在經歷十多天殘忍和混亂的自然選擇過程中,唯一讓人感受到安慰的地方。
是的,在這裡,除了醫護之外大家都染病了,都是輕症病人。不少人的家人還在重症醫院裡救治,甚至病逝。但與此同時,六七百張病床加上醫護同處一室的社區感和團結感,也成為病人們的心理支撐。
戰地醫院在壓力、情緒和生死交關、別無出路的多重壓力型塑下,竟也迸發了濃濃的社區感。康復情況較好的患者組成了志願者隊;醫護為了給病患“將一直與病人同在”的信心,挑選病況較好一起分組分隊辦起競賽;有的患者為了怕自己組建起來的患者志工隊一旦自己出院就散了,想著辦法讓自己多待幾天。有的正歷經喪親之痛的患者,不願意回到熟悉卻再也不同的家裡面對傷痛,而想一個人待在方艙醫院裡舔舐傷口。
同事們歷經四次進出方艙醫院採訪後,作出了下面這篇文章。
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方艙醫院裡的愛與怕
文|財新記者 蕭輝 包志明 高昱
攝影記者 丁剛(發自武漢)
張兵沒有想到,在武漢客廳方艙醫院住了16天,2月23日醫生通知他可以出艙了,竟然有些不舍。他對財新記者說:“原來在新聞上看到有人說捨不得離開方艙,我覺得有點假,輪到自己出院,也捨不得。”
毗鄰武漢市金銀潭醫院的武漢客廳,原本是座占地面積1800畝的集會展、商貿、文化、服務於一體的超大型城市綜合體,2011年動工,之後分期陸續竣工開放,曾舉辦過中國金雞百花電影節、中國藝術雙年展等重大文化活動。2月3日,武漢客廳與洪山體育館、武漢國際會展中心一起,被選定興建首批“方艙醫院”,專門收治輕症確診新冠肺炎病人,設計容納2000張床位的武漢客廳方艙醫院是其中最大的一個。與此同時,在中央指導組的推動下,武漢及全國各方救援力量連夜行動,緊急抽調20個省份的醫療救援隊充實方艙醫院醫護力量。
之後武漢推進“應收盡收”,作為新冠病人最大的收治地,方艙醫院數量和床位迅猛增加。截至2月22日,包括在建和規劃中的武漢方艙醫院已達32家,總床位數達35529張,到2月23日,已建成的16家方艙醫院累計收治患者1萬余人,很大程度上緩解了床位緊張的局面。
02.2月21日下午,武漢客廳方艙醫院,收治在此的患者下床活動。2月3日,武漢客廳與洪山體育館、武漢國際會展中心一起,被選定興建首批“方艙醫院”,專門收治輕症確診新冠肺炎病人。
這是我國第一次在疫情中大規模建設方艙醫院。“方艙醫院是解決收治主要矛盾的現實之策。”作為方艙醫院的主要倡議者,中國工程院副院長、中國醫學科學院院長王辰表示,大容量的方艙醫院既可以讓病人得到系統的醫學管理,讓大量輕症患者通過必要的救治獲得康復,又能起到批量病患集中隔離作用,防止疫情進一步擴散。
另外一個還少人關注的意味在於,記者在方艙醫院觀察到,或許是一種劫難餘生的心理,又或許因為免費治療、免費食宿的公益性和“按需分配”醫療資源的平等性,千百人集體生活在同一屋頂下,曾被視為痼疾的醫患關係空前良好,身份與財富的鴻溝似乎也在同樣的病毒和口罩面前消失了。
“這是整個武漢失魂落魄的一個多月裡,我惟一感受到溫馨的地方。”張兵說,“就像一個夢。”
初入方艙
1月中旬,張兵的父親高燒,住進武漢大學中南醫院,1月23日確診為新冠肺炎,當天轉送到武漢市第七醫院,第二天也就是除夕的早上就去世了。張兵的母親、妻子和他本人在醫院陪護父親,自己確診,母親和妻子則是高度疑似,核酸檢測沒有呈陽性,但是雙肺病變嚴重。妻子的症狀最重,一度呼吸衰竭。1月底2月初正是武漢各家醫院床位最緊張的時候,作為中學教師的張兵動員了所有社會關係給妻子到處找床位,“每天打幾十個求助電話,瘋了一樣。”依然沒能求到床位。
每天早上,張兵拎著小板凳,陪妻子去門診打吊針,醫院裡人山人海塞滿病患,到晚上才能排隊打完吊針,拖著疲憊虛弱的身體回家。
張兵一度恐懼會失去妻子,幸好妻子熬到2月初,等來了“應收盡收”的政策,全國醫療資源緊急援助武漢,醫院的床位逐漸多了,張兵的妻子住進武昌醫院,病情得到控制。
新冠病毒在身強力壯的張兵身上沒有明顯體現,他一直“居家隔離”。2月7日傍晚,張兵接到社區電話,要他到東西湖的武漢客廳方艙醫院隔離。他匆匆吃了一片麵包,就坐上了轉運病人的大巴。張兵記得那天晚上天氣陰冷,下著瓢潑大雨,大巴車停在距離方艙醫院後門病人進口通道還有幾十米遠的地方,開不動了。
當天是武漢客廳方艙醫院第一天接收病人,場面有些混亂,十幾輛轉運患者的巴士擁擠在進出口,前面的車很難掉頭出來,後面的車很難進去。警察張銀銀在大雨中往返走動,指揮清出了一條專門進車的道和專門出車的道。
張兵在晚上八點多抵達方艙醫院,在寒冷的登記大廳等了四個多小時,淩晨12點半,張兵終於進入艙內,他被分到A艙266號床位。病床很簡陋,一層褥子、一床被子,旁邊還有一個簡陋的床頭櫃。周邊床鋪已經住進了病人,神情淡漠地躺著,沒有人跟他打招呼。
張兵默默整理床鋪,一名男護士走過來問他是否吃過晚飯,給他端過來一份熱氣騰騰的飯菜。又冷又餓的張兵吃飯的時候,男護士又陪他閒聊,說自己來自福建莆田,家中的孩子才三個多月大,醫院號召大家志願支援武漢,男護士沒有多想就報名隨隊出征了。看到外地來的醫療隊,張兵覺得自己沉到冰水裡的心又熱了起來。
方艙醫院條件簡陋,對張兵來說,最難熬的是晚上睡覺時間,方艙內24小時不熄燈,頭頂明晃晃的大燈開著,換氣扇噪音很大,張兵感覺自己坐在飛機機翼下,嗡嗡的噪音在他耳邊不停轟炸。在方艙的第一夜,張兵失眠了。第二天晚上,他洗漱回來,發現床頭擺著一副眼罩和耳塞。又過了兩個晚上,張兵能安然入睡了。
對張兵來說,最大的安慰來自方艙裡的醫務人員。在武漢客廳方艙醫院,聚集了從廣東、寧夏和新疆生產建設兵團來的三支國家緊急醫學救援隊,和從福建、甘肅、安徽等過來的醫療護理隊,武大中南醫院負責管理,數百名醫護人員細緻的護理逐漸化解了病人們的恐懼不適。醫護人員定點給病人送來早、中、晚餐和藥物,分發水果和點心——這些東西都是這些醫護人員穿著厚密的防護服,從艙外經過三重緩衝門,一點點搬進方艙。
從醫院變成社區
在經歷長達十天的自然選擇式混亂後,2月2日中午,武漢市新冠肺炎防控指揮部發佈第10號通告,要求對新冠肺炎確診、疑似、發熱及密切接觸者“四類人員”進行集中收治和隔離,其中要求對確診的新冠肺炎患者必須實行集中收治,重症患者須送定點醫院入院治療,輕症患者無法全部進入定點醫院治療的,須徵用其他醫院或酒店作為臨時治療區集中收治。然而這些臨時治療區究竟是哪些,人們並不知曉,更重要的是,醫院床位本就無比緊缺,收治重症病人都捉襟見肘,酒店隔離點則不具備治療條件,如何安置數量更為龐大的確診輕症患者,成為當務之急。
一位武漢政府官員向財新記者透露,興建專門收治新冠肺炎輕症患者的方艙醫院,是2月3日上午一次會議上,由王辰提出的——整個會議為此暫停,當天下午,武漢政府官員陪著王辰考察選址,最終緊急徵用了洪山體育館、武漢客廳和武漢國際會展中心三座面積較大、空間開闊的公共場館,建設總計可容納3800張床位的方艙醫院。
方艙醫院是一種以醫療方艙為載體、醫療與醫技保障功能綜合集成的可快速部署的成套野外移動醫療平臺,一般由醫療功能單元、病房單元、後勤保障單元等模塊構成,其中醫療功能模塊又包括緊急救治、臨床檢驗等設施功能。由於它機動性好、展開部署快速、環境適應性強等諸多優點,從戰爭急救到突發災害、應急救援獲得了越來越廣泛的應用。
武大中南醫院宣傳部部長高翔對財新記者介紹,2月4日淩晨三點,設計師團隊開始設計武漢客廳改建方案,中午12點拿出方案,下午開工,2月6日改造完畢,又花了一天安排設備,即交付中南醫院管理團隊運營。2月6日財新記者在武漢客廳方艙醫院看到,來自武漢建工的施工工人還在接拉電路管線,身著環衛和城管服裝的人在佈置床鋪,一群後勤人員和保安圍成一個圈,拿著手機拍攝一名護士演示防護服的穿脫程序。
陳小豔是中南醫院外科的總護士長,此次擔任武漢客廳方艙醫院A區護理總負責人。她介紹,武漢客廳方艙醫院分為ABC三個艙,A艙614張床位,BC艙各400多張床位,一共有1461張床位。艙內每12個床位隔開成一個小艙,除了床位,還有治療室、採樣室、搶救室等醫療功能模塊,還設置了圖書角和公共活動區域。
1500張床位的醫院一天選址設計,兩天建設,一天調試,2月7日接收病人,前期難免簡陋。陳小豔告訴財新記者,她從中南醫院病區剛換到方艙醫院,幾百張床位鋪天蓋地進入眼前,她的頭有點暈,心裡咯噔一聲,“這麼多張床位,如何管理,我心中並沒有底”。
張銀銀負責武漢客廳方艙醫院的秩序,他告訴財新記者,初進方艙看到600多張床位,他也覺得“震撼”。張銀銀2003年在北京當新兵第一年就遇到SARS,他被臨時抽調協助轉運SARS病人到小湯山醫院。“小湯山醫院是單間病房的,這次在武漢客廳,突然看到1萬多平方米的一個大廳擺滿了床位,還是覺得不可思議”。
張銀銀第一天上班時間是排在下午2點至8點,一個班六小時,每天只有一套防護服,值班期間不能吃喝上廁所。方艙醫院按照傳染病醫院的結構,分為三區兩通道,工作人員從前門通道進出,病人從後門通道進出。
第一天的任務是接待病人入艙,張銀銀接近淩晨才出艙。脫防護服必須嚴格按照防護要求,光用酒精洗手都有十次,全套流程走下來又大概要花30分鐘。儘管又累又餓,張銀銀讓護士們先脫防護服出艙。等待出艙時,兩名護士扶著一個護士走了過來,被扶著的護士渾身軟弱無力,幾乎要暈過去了。張銀銀打聽,才知道她連續在艙內工作了20多個小時,從6日下午就進艙安排床鋪,到7日接待病人,一刻沒有休息。
剛住進來的病人愁眉苦臉,幾乎每個人都會拉著醫護人員問個不停:要在方艙醫院住多久?艙裡醫療條件如何,有沒有醫生,有沒有氧氣瓶、呼吸機,都發什麼藥,病重了能不能順利轉院,什麼時候能出院。還有病人心情不好,抱怨伙食差,抱怨沒有熱水,抱怨廁所髒。陳小豔帶著護士們儘量幫助病人改善居住條件,怕冷的添棉絮、加電熱毯,醫護人員掏錢從艙外帶東西給病人吃,安撫病人情緒。
“硬件條件差,我們就用服務來改善。”陳小豔說。
有一次,陳小豔例行查房,一個病人突然很傷心哭了,說自己很痛。陳小豔立即給病人測血氧、測心率,都是正常的,病人也說不上來哪裡疼,最後說是心慌,對這個病恐懼,不知道什麼時候能治好,不知道治好後會不會有後遺症。
一次查房中,有個老婦人突然撕心裂肺號啕大哭——她剛得到老伴在醫院去世的消息。“這個時候說什麼話都是蒼白的。”陳小豔只能默默地陪著她。陳小豔告訴財新記者,剛開始進艙,面對傳染病人,她有點緊張,刻意保持距離,但很快就不再顧忌,會拉著病人的手,拍拍他們的背,安撫他們。
新疆生產建設兵團石河子大學附屬第一醫院重症醫學科醫生程青虹,是國家緊急醫學救援隊(新疆生產建設兵團)的領隊——他總是驕傲地自稱是國家隊。作為重症醫學科醫生,程青虹的本行在方艙醫院使用並不多,有一次,一個正在登記入院的病人突然血氧降低,心跳也不好,程青虹給病人進行了緊急救治,隨後將病人轉入武漢客廳馬路對面的金銀潭醫院。
在方艙醫院,程青虹做得更多的是安撫病人的工作。一次查房中,程青虹發現一個老人坐在床邊不停搓手,口中念念有詞:我不出門玩,我不紮堆,我怎麼會得這病?程青虹打聽到老人得病把家人也傳染了,始終很自責。程青虹告訴老人,“千萬不要反復探究自己為何會得病,武漢病了,你身處的環境很容易得病,偶然因素你被感染了,那不是你的錯。”
陳小豔察覺,剛住進來的幾天,天氣陰冷,病人們普遍情緒低落,大多躺在床上不動。為了活躍氣氛,護士們動員病人下床走動,由護士們領著做呼吸操,新疆來的女護士們還跳了新疆舞,引來很多病人圍觀。醫護人員和病人以及病人之間的互動逐漸多起來,方艙醫院的氣氛逐漸活躍起來。
方艙醫院剛啟動的前幾日,護士給病人們挨個發飯、發藥,A艙30多名護士服務600多名病人,每頓飯要一個多小時才能發完。終於有一天,一名年輕的男病人走過來說:“我能幫你發飯嗎?”
在小夥子的帶動下,A艙成立了病人志願服務隊,協助護士送餐,工作任務大大縮小,半個小時就能送完餐。
張銀銀告訴財新記者,他最感動的一件事也是來自病人的幫助。艙裡的飲用水由他和四名安保人員運輸,他每天要搬30多桶桶裝純淨水,由於穿著厚厚的防護服,搬運比較費勁。有一天,他獨自在搬運純淨水,蹲下抱起桶裝水,突然覺得桶裝水變輕了,一個沒穿防護服的人幫忙扶住桶裝水的另一側,張銀銀錯愕了幾秒鐘,意識到這是個病人。“那是一個20多歲的年輕患者,他說了句‘我來’,就默默地幫著我搬運剩下的桶裝水。”張銀銀對病人說了句“謝謝”。說出口,張銀銀覺得這聲“謝謝”很特別,“以前都是病人對我說‘謝謝’,現在我對病人說‘謝謝’,很感慨,病人主動參與醫院管理服務,醫院成為了社區”。
2月23日,武漢客廳方艙醫院組織醫護人員和患者舉辦“同舟共濟,大愛永存”歌唱比賽。中南醫院、新疆生產建設兵團的國家緊急醫學救援隊以及廣東醫療隊、甘肅醫療隊、福建醫療隊、安徽醫療隊一起合唱《讓世界充滿愛》,病人們也列隊合唱《歌唱祖國》,然後大家一起高喊“武漢加油”。程青虹告訴財新記者,病人們準備得很認真,精神飽滿列隊表演,看得他一度熱淚盈眶。
這些艙內的娛樂活動曾受到艙外人員質疑,認為唱歌跳舞會增加病毒傳播,加重患者病情。程青虹說,舉辦活動前,充分考慮了病人的身體狀況,謹慎選擇了身體恢復比較好的病人,對活動時長、唱歌時人與人的距離也做了要求。“我們想通過這個活動,給病人傳達一種信念,病人不好,我們醫護人員不會走。讓病人安心地對抗疾病。”
在方艙醫院“復活”
那個首先提出來幫護士發飯的病人叫楊信,28歲,是一家保險公司的推銷員,這是他第一次做志願者。
1月26日,楊信突然發燒,拉肚子,一連幾天高燒38度多。他在新聞上看到,病人一床難求,害怕交叉感染,就在家裡隔離昏睡。2月4日,楊信覺得實在熬不住了,自己開了一輛電瓶車到東西湖區人民醫院看病,CT顯示雙肺感染,醫生告訴他基本判斷是新冠肺炎。楊信的手發抖,想到了之前做生意欠下的70多萬元小額貸款,想到了在新聞上看到的有人跳橋跳樓,在回去的路上,他一度想到了自殺,只是再想到出生才三個多月的女兒,他選擇給社區打了一個電話“自首”。
當天晚上10點,楊信住進了社區安排的隔離酒店。他仍然在發燒,等了一晚上沒有醫生來,他心裡很害怕,哭了一晚。2月5日早上燒退了,他又收到保險公司的文件,一旦確診可以理賠19萬元。被每個月3萬多元小額信貸還款壓得有點喘不過氣來的楊信,這次反而希望自己能確診,拿到這筆賠償。
在隔離酒店,楊信身體逐漸好轉,2月9日核酸檢測,2月10日出了結果——陽性。“陽性是我期待的結果,確診了能拿19萬元,這是我賭命換來的,小百姓生活不容易。”
2月11日,楊信領到了保險公司理賠的19萬元,也進了方艙醫院。身體狀態不錯,心情也還可以,從來不讀書的他主動到閱覽區選了一本托爾斯泰的小說《復活》。“就是看著這個書名挑的,我希望我會在方艙醫院復活。我跟我的同事打趣,‘富人靠離異,窮人靠變異’。我開玩笑說,我變異產生抗體,拿我去做實驗,掙他100萬元”。
讓楊信感到自己確實在復活的,還有他在方艙做志願者的經歷。進方艙的頭兩天,楊信覺得有點新奇,在方艙到處走走看看,拍照片發微信朋友圈。他拍護士們長時間穿著隔離衣,眼罩上起了一層厚厚的水霧;他拍護士們做的“愛心樹”、溫馨的彩繪圖和“武漢加油”字眼;他拍新疆護士領跳的新疆舞,他拍一個高三的小妹妹在複習功課。
2月14日早上,楊信收到單位工會主席的短信,工會給每個確診的員工發1萬元慰問金,用微信轉發。看到1萬元的那瞬間,楊信突然手顫抖了,沒有點擊接收按鈕。“我一下子被感動到了,之前保險理賠給我的19萬元解了我的生活之困,我得到社會的幫助已經很多,這1萬元不是我應得的。”楊信最終決定捐出這1萬元,他首先想到的是買方便面給病友吃,通過外面的朋友買了178箱方便面,送到方艙醫院。
2月14日,西方的情人節,護士們給艙內的夫妻病患贈送了玫瑰花。楊信想到了家中的妻子和三個月的女兒,他突然悟出來,情人節是“有情人”的節日。他想給遠道而來的護士們做點什麼。中午,護士們到病床旁發午餐,楊信一衝動,搶過了護士的飯盒,說:“放心,我不是搶飯的,你們太辛苦了,我能幫你們發飯嗎?”護士很開心地歡迎他加入發飯的隊伍。
2月15日早上六點,楊信起床了,在家隔離的那段時間他每天昏睡到中午,現在有了早上發早餐的任務,也就有了起床的動力。他七點就跑到護士站幫著取早餐,七點半分發早餐。一個人的力量有限,楊信又想了個辦法,拿著一張紙寫上“願意和我一起發飯嗎?”然後挨個床位遊說。中午,讀高中的楊陽和中學老師張兵加入了進來;到晚上,發飯的志願者隊伍就有十多人了。
楊信的領導能力被激發出來了,第二天他又跟醫護人員商量,成立了方艙醫院A艙志願服務隊,楊信任隊長,隊員們分工幫著發放飯、發點心、搬運桶裝水、打掃艙內衛生。
志願者還成立了一個監督清理廁所的小分隊,楊信捐出自己的一個盆子,在廁所外守著,他會用自己特有的幽默方式叮囑上廁所的人:“我們都是神槍手,拉便對著小洞口,大號以後沖盆水。”有志願者監督,病人也不好意思亂拉亂撒,上完廁所後主動沖水,廁所髒亂的問題得到改善。
楊信贏得了醫護人員的尊重,每天都有護士從艙外給他帶吃的東西,一包糖、一盒餅乾、一個蘋果,楊信把吃的分給志願隊的夥伴們,又會從病友那裡得到更多吃的東西。在楊信看來,方艙的生活不像是在醫院,也不像是在監獄,反而讓他想到了中學時的夏令營,大家集體勞動,互相分東西吃,充實而溫馨。
方艙醫院的生活設施和服務也在不斷完善:有了WiFi,以及各地捐助的食品、飲料、書籍、生活用品、影音設備。
相比其他醫院,方艙醫院不需要佔用過多醫護人員,也不需要太多高端搶救設備。2月16日,國家發改委宣佈安排中央預算內投資2.3億元,支持武漢方艙醫院完善設施、增添必要的醫療設備。據介紹,每個方艙醫院都要求CT設備全覆蓋,增加供氧設備和心電監測儀等。
在很多方艙醫院裡的病人看來,住院的日子固然難挨,但相比1月底2月初那十幾天在醫院和家之間無望奔波的經歷,方艙醫院像一處平靜的避風港。這裡所有人都是同一種疾病,住著一樣的床位,吃著一樣的飯菜,醫療服務平等對待——即使有區別也是根據病情輕重,身份、財富、階層,在這裡都暫時不存在了。
最後的庇護所
不過,方艙醫院畢竟是醫院,這裡有繞不過的悲傷。
張桂青是石河子大學第一附屬醫院心理科主任,2月5日隨國家緊急醫學救援隊(新疆生產建設兵團)出征援助武漢,她和另兩名心理醫生承擔武漢客廳方艙A艙的心理輔導工作。
一天結束值班後剛回到賓館,張桂青又被緊急呼叫回艙內,另一位60多歲的女性,今天得到消息,老伴在醫院去世了。病人木然坐在床頭,不吃不喝不說話。張桂青走到病人的面前,輕輕地拍她的背,和她說話,病人眼眶裡含著淚,沒有任何回應。張桂青默默站在她床前良久,病人的手機響起,連續打了三次,病人沒有反應。
張桂青問她,電話是誰打來的。病人呆呆地說:“兒子打過來的。”張桂青勸她,“一定要接電話,要讓家人放心。活人生活要繼續下去。”病人在張桂青的勸說下接了電話,號啕大哭。
“我這幾天遇到五六起這樣的事,都是女性病人收到丈夫的死訊崩潰了。”張桂青對財新記者說,“病人在受到極度刺激時,壓抑自己的痛苦,對身體更不利,哭出來是一種釋放。”
中年男人也會有崩潰的時候。2月19日,鄧淼在方艙醫院度過了40歲的生日,沒有蛋糕、沒有祝福,妻子在身邊陪著他默默流淚。他們一家四口都確診了,五天前,鄧淼的父親在火神山醫院去世,他覺得世界塌陷了。
鄧淼和父親住了40年,從來沒有分離過。父親每天早上會給他熬小米粥喝,會幫他把衣服洗乾淨疊好放在床頭,偶爾父子倆也會拌個嘴,但第二天就和好了。鄧淼以淚洗面,經常在午夜半夢半醒間看到父親的身影,都是這些日常的場景。
鄧淼蜷縮在病床上,不想面對任何人,任何事。住在他對床的楊信會時不時給他塞一個橘子或者蘋果,醫護人員也對他特別照顧,在分配飯菜、點心時會多給他一些。鄧淼吃不下,醫護人員會勸他多吃。鄧淼告訴記者,在整個疫情期間,他感受到的溫暖就來自方艙醫院的醫護人員和病友們。
按照武漢市新冠肺炎疫情防控指揮部醫療救治組制定的《方艙醫院管理規則》,方艙醫院原則上收治已確診且未在定點醫院隔離治療的輕症患者,要求有生活自理能力,年齡在18-65周歲之間,無呼吸系統、心腦血管系統等基礎性疾病及精神疾病。患者住院治療過程中,以口服藥物為主,必要時可輸液、吸氧。根據治療過程中的病情演進情況,轉為重症的將送往定點醫院接受救治,治癒的可就地檢測,符合出院標準即可出院。
楊信告訴財新記者,他不想出院,為此還故意逃掉了一次核酸檢測。據醫生程青虹介紹,病人連續兩次核酸檢測為陰性,肺部吸收好,經過方艙醫院醫療隊專家組綜合評估達到出院條件,就能出院。楊信知道自己身體狀態恢復不錯,第一次核酸檢測為陰性,他故意漏掉了第二次核酸檢測,“我還想在方艙醫院多待一段時間,我擔心我出去了,志願隊就散了”。
護士專門來做楊信的思想工作,“你首先還是個病人,方艙醫院以治病救人為主,你出去了,可以騰出一個位置給新的病人”。志願隊的小夥伴們也向他保證,新的志願者會補充上來,志願活動會持續到方艙醫院結束的那一天。
2月26日,楊信出院了,相熟的醫護人員和志願隊的夥伴都來送他。“在方艙醫院我經歷兩次復活,一次是身體上的康復,一次是精神上的康復。”出院後住在隔離點的楊信每天最大的樂趣是在方艙醫院志願者群裡聊天,小夥伴們會拍照給他分享方艙的生活,“第一次留戀一個醫院,就是家的感覺”。
鄧淼也不想回家,家中有父親的點點滴滴印記;他不想回到社會,不想面對親友和同事的關心。他就想在方艙安安靜靜待著,獨自吞咽失去父親的痛苦。
同一個小艙的病友張兵、楊信等陸續出院了,方艙的床位逐漸空出來,又有新的病人住進來。陳小豔告訴財新記者,現在武漢客廳方艙醫院A艙每天平均有二三十名病人達到出院標準出院了,更多病人的CT影像顯示明顯好轉,出院在望。
“終有一天所有病人會治癒出院,方艙醫院會結束它的使命。我們不會忘記,全國醫護人員共同營造的方艙醫院,曾經給病人們一個港灣。”但張桂青也告訴財新記者,新冠疫情帶給武漢人的災難記憶會是極為深刻的,即使治癒了病人的身體,災後對病人及家屬的心理支持也必須持續很長一段時間。
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神經元(neuron)是神經系統的結構與功能單元之一,由細胞核、樹突、軸突、髓鞘等所組成,藉由適量的化學物質傳導(多巴胺與乙醯膽鹼等),在兩個突觸間形成電流而能傳導訊息。發育成熟的神經元缺少再生的能力,一旦遭受破壞,就不可以再重生;遭到破壞而殘破的神經元,也因此無法傳遞訊息,造成了癱瘓、器官衰竭或其他嚴重病況。
故加拿大阿爾伯塔大學的研究團隊試著以超短雷射光脈衝技術將神經元"銲接"在一起,進而治療慢性殘疾和各種虚弱症。
研究人員將放置成對的神經元在溶液中,保持它們彼此分開的狀態。然後以飛秒雷射脈衝(femtosecond laser pulses)將此兩個神經元的神經元軸突和胞體相互推進燒製融合,亦由於接受雷射光脈衝的時間十分地短暫,故神經元的內部並未受到損壞,僅在外層形成一個共同的膜。
目前的方法能精確地將想要的神經元相融合,研究人員希望儘快應用到臨床上,有一天能修復脊髓損傷。
#神經元 #飛秒 #雷射脈衝 #癱瘓 #脊髓損傷