中國科學(xué)院提出圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速芯片設(shè)計(jì)，讓機(jī)器“會思考”設(shè)計(jì)中“增引擎”

從中國計(jì)算機(jī)學(xué)會獲悉，來自中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的研究團(tuán)隊(duì)提出圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速芯片設(shè)計(jì)“HyGCN”。

《中國計(jì)算機(jī)學(xué)會通訊》（CCCF）近日刊發(fā)了中科院計(jì)算所特別研究助理嚴(yán)明玉、研究員范東睿以及研究員葉笑春共同撰寫的綜述文章《圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速芯片：人工智能“認(rèn)知智能”階段起飛的推進(jìn)劑》。文章披露，該團(tuán)隊(duì)提出了圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速芯片設(shè)計(jì)“HyGCN”。相關(guān)論文也先后在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)國際會議上發(fā)表。

嚴(yán)明玉在受訪時(shí)說，圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在搜索、推薦、風(fēng)險(xiǎn)控制等重要領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有的處理器芯片在執(zhí)行圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算中效率低下，其團(tuán)隊(duì)展開面向圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加速芯片設(shè)計(jì)，為解決這一難題提供可行方案。

讓機(jī)器“會思考” 設(shè)計(jì)中“增引擎”

圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為有望解決深度學(xué)習(xí)無法處理的關(guān)系推理、可解釋性等一系列問題，讓機(jī)器“能理解、會思考”。然而由于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖數(shù)據(jù)處理方面的特殊性，傳統(tǒng)用于加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的芯片難以直接對圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的執(zhí)行提供高效計(jì)算支撐。

嚴(yán)明玉解釋說，以圖數(shù)據(jù)為輸入，融合了深度學(xué)習(xí)算法和圖計(jì)算算法的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有與傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不一樣的執(zhí)行行為，即“混合執(zhí)行行為”。這對現(xiàn)有的處理器結(jié)構(gòu)帶來巨大挑戰(zhàn)，比如GPU在應(yīng)對不規(guī)則執(zhí)行行為時(shí)極為低效。

“為了應(yīng)對圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混合執(zhí)行行為，我們設(shè)計(jì)了新的處理器結(jié)構(gòu)，以更高效地加速圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的執(zhí)行?！眹?yán)明玉說，HyGCN芯片基于混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，分別為圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)主要執(zhí)行階段——圖遍歷階段和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換階段設(shè)計(jì)相應(yīng)的加速引擎。

研究團(tuán)隊(duì)實(shí)踐證明，HyGCN芯片設(shè)計(jì)能夠有效應(yīng)對圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖遍歷階段的不規(guī)則性，并能利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換階段的規(guī)則性提高執(zhí)行效率。

目前是“無人區(qū)” 計(jì)算所正加快孵化

“圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速芯片目前在國際上還是‘無人區(qū)’，研究成果發(fā)表后得到了業(yè)界認(rèn)可?！眹?yán)明玉受訪時(shí)說，目前中科院計(jì)算所正加快對HyGCN科技成果進(jìn)行孵化，提升關(guān)鍵核心技術(shù)能力，推動各行各業(yè)從信息化向智慧化升級。

展望圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景，嚴(yán)明玉舉例說，在日常交通預(yù)測、網(wǎng)約車調(diào)度、金融詐騙偵查、運(yùn)動檢測等場景，在助力科研的知識推理、化學(xué)研究、宇宙發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域，以及在知識圖譜、視覺推理、自然語言處理中的多跳推理等學(xué)科發(fā)展方向上，都有極大應(yīng)用空間。

事實(shí)上，谷歌地圖基于事件樹的風(fēng)險(xiǎn)評估、圖片社交網(wǎng)站Pinterest的內(nèi)容推薦、阿里巴巴的風(fēng)控和推薦、騰訊等公司的視覺和風(fēng)控等業(yè)務(wù)中都有圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影子。有市場研究機(jī)構(gòu)發(fā)布報(bào)告預(yù)測，2022年機(jī)器學(xué)習(xí)芯片市場規(guī)模將達(dá)到827.2億美元。圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速芯片可能將產(chǎn)生300億美元以上的市場規(guī)模。

責(zé)任編輯：PSY