中國(guó)芯片Nature封面有什么意義

要想抓住發(fā)展人工智能的機(jī)遇，必須在核心芯片上做到自主可控。近日，中國(guó)研究人員研發(fā)的一款類(lèi)腦計(jì)算芯片，有望促進(jìn)人工通用智能發(fā)展。

芯片和人工智能的“雙豐收”

8月1日，清華大學(xué)精密儀器系施路平團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的全球首款異構(gòu)融合類(lèi)腦計(jì)算芯片“天機(jī)芯”驅(qū)動(dòng)的“無(wú)人駕駛自行車(chē)” 登上了最新一期《自然》雜志封面。

施路平等人發(fā)表的“面向人工通用智能的異構(gòu)天機(jī)芯片架構(gòu)”論文也實(shí)現(xiàn)了中國(guó)在芯片和人工智能兩大領(lǐng)域《自然》論文零的突破。

2015年，第一代“天機(jī)芯”問(wèn)世，體積約為110納米；2017年團(tuán)隊(duì)研發(fā)了第二代“天機(jī)芯”芯片，具有高速度、高性能、低功耗的特點(diǎn)，體積縮小至28納米。相比于當(dāng)前世界先進(jìn)的IBM的TrueNorth芯片，其功能更全、靈活性和擴(kuò)展性更好，密度提升20%，速度提高至少10倍，帶寬提高至少100倍。

此前，“天機(jī)”系列類(lèi)腦芯片成果在電子器件頂級(jí)會(huì)議（IEDM 2015）和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)頂級(jí)會(huì)議（Micro 2016，ASPLOS 2018）上報(bào)告，并在《科學(xué)》智能機(jī)器人特刊上報(bào)道（2016），針對(duì)類(lèi)腦芯片自主研發(fā)的學(xué)習(xí)算法成果被人工智能頂級(jí)會(huì)議（ICLR 2018，AAAI 2019）被錄用。

去年11月，施路平團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在類(lèi)腦計(jì)算器件領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，并在《先進(jìn)材料》上發(fā)表論文，該工作首次報(bào)道在憶阻器中能模擬同時(shí)存在且獨(dú)立表達(dá)的神經(jīng)突觸長(zhǎng)短期可塑性，為類(lèi)腦計(jì)算器件的發(fā)展提供了重要的思路，并有望借此在類(lèi)腦計(jì)算硬件網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)不同時(shí)域的神經(jīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

清華大學(xué)類(lèi)腦計(jì)算研究中心從腦科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)出發(fā)，形成軟硬件全鏈條協(xié)同研發(fā)、從基元材料、器件到系統(tǒng)集成、芯片研發(fā)全方位整體研發(fā)的特色，致力于通用人工智能的類(lèi)腦計(jì)算實(shí)現(xiàn)。

如今，研究人員用一個(gè)自動(dòng)行駛自行車(chē)系統(tǒng)驗(yàn)證了這一混合芯片的處理能力。這是一個(gè)異構(gòu)可擴(kuò)展人工通用智能開(kāi)發(fā)演示平臺(tái)，利用一塊天機(jī)芯片，展示了自行車(chē)的自平衡、動(dòng)態(tài)感知、目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、自動(dòng)避障、過(guò)障、語(yǔ)音理解、自主決策等功能。

中國(guó)類(lèi)腦研究的崛起

施路平教授表示，“類(lèi)腦”不是“仿腦”，不需要模仿人腦的一切?！拔覀冏龅氖穷?lèi)腦，是借鑒腦科學(xué)的基本原理，凝練出一些指導(dǎo)計(jì)算架構(gòu)發(fā)展的新規(guī)律。”施路平介紹稱(chēng)。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)提出了符合腦科學(xué)基本規(guī)律的新型類(lèi)腦計(jì)算架構(gòu)——異構(gòu)融合的天機(jī)類(lèi)腦計(jì)算芯片架構(gòu)，可同時(shí)運(yùn)行計(jì)算機(jī)科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)導(dǎo)向的絕大多數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

“這只是非常初步的一個(gè)研究，但這項(xiàng)研究或能為面向人工通用智能計(jì)算平臺(tái)的進(jìn)一步發(fā)展起到促進(jìn)作用?！笔┞菲奖硎尽?/p>

賓夕法尼亞大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授史建波對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“這個(gè)特殊的處理器能將目前深度學(xué)習(xí)的算法和人腦的算法結(jié)合，人腦的設(shè)計(jì)是基于脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN），清華的團(tuán)隊(duì)是使用數(shù)字計(jì)算機(jī)來(lái)模擬脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?！八€表示，脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠受益于”無(wú)人學(xué)習(xí)“，也就是沒(méi)有人類(lèi)標(biāo)記的學(xué)習(xí)，但是清華團(tuán)隊(duì)的論文還沒(méi)有展示到這一層面?！睙o(wú)人學(xué)習(xí)是非常重要的科學(xué)話題，這意味著將模擬人腦的學(xué)習(xí)。

寒武紀(jì)CEO陳天石也對(duì)此論文評(píng)論道：“在學(xué)術(shù)上很創(chuàng)新?！边@意味著在應(yīng)用場(chǎng)景方面還有待進(jìn)一步落地。

據(jù)介紹，除自行車(chē)外，這款類(lèi)腦計(jì)算芯片的相關(guān)技術(shù)還能直接拓展到自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)以及智能機(jī)器人等應(yīng)用上。

“天機(jī)芯”的市場(chǎng)推廣將由靈汐科技負(fù)責(zé)。靈汐科技是由“天機(jī)”團(tuán)隊(duì)于去年成立的，并獲得了天使輪融資，投資方來(lái)自華控基石基金、優(yōu)選資本、清華控股等。

腦科學(xué)的研究機(jī)理是認(rèn)知科學(xué)的重要組成部分，而機(jī)器理解與計(jì)算一直是人工智能領(lǐng)域的主要研究?jī)?nèi)容。目前不僅僅是清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)，包括復(fù)旦大學(xué)在內(nèi)的多所高校都在發(fā)展類(lèi)腦計(jì)算，支撐人工通用智能。

7月30日，投資4億元人民幣建立的復(fù)旦張江腦影像中心在上海揭幕，該中心致力于開(kāi)發(fā)高級(jí)成像和多模態(tài)腦定量技術(shù)，探究腦功能、結(jié)構(gòu)、代謝等信號(hào)，揭示腦信息生成與處理機(jī)制，探究腦發(fā)育與老化過(guò)程以及腦疾病的早篩及預(yù)后；建立腦數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)，拓展腦與類(lèi)腦科學(xué)基礎(chǔ)生物研究。

同時(shí)，依托復(fù)旦大學(xué)類(lèi)腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院，中心整合多個(gè)國(guó)際最大規(guī)模腦數(shù)據(jù)庫(kù)，搭建國(guó)際最大的多疾病、多模態(tài)腦科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)一系列國(guó)際領(lǐng)先的類(lèi)腦智能算法。