重大突破！全球首款！中國新型類腦計算晶元榮登《自然》封面

清華大學施路平團隊近日發布研究成果——類腦計算晶元「天機芯」。該晶元是世界首款異構融合類腦晶元，也是世界上第一個既可支持脈衝神經網路又可支持人工神經網路的人工智慧晶元。

目前，該成果已在《自然》雜誌作為封面文章發表，實現了中國在晶元和人工智慧兩大領域《自然》論文零的突破。

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這篇論文名為《面向通用人工智慧的異構融合晶元架構「天機」（Towards artificial general intelligence with hybrid Tianjic chip architecture）》

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1424-8

這篇論文中介紹了清華團隊的「天機」類腦晶元架構，它不僅算力高、功耗低、支持多種不同AI演算法、而且採用了存算一體技術，不需要外掛DDR，能夠節省成本功耗和空間。

在論文中，研究團隊描述了這種晶元如何幫助機器響應語音命令，識別周圍世界，避開障礙並保持平衡。

▲裝有Tianjic晶元的無人自行車，source：「天機」團隊

上視頻中，「天機」團隊還展示了搭載該晶元的自動駕駛自行車是如何自動控制平衡、並在操場上對目標人物進行識別、跟隨、自動避障。

在人工智慧晶元兩大主流方向外，找到獨特的「第三條路」

據介紹，當前，人工智慧晶元發展有兩大主流方向：支持人工神經網路的深度學習加速器和支持脈衝神經網路的類腦晶元。由於演算法和模型的差別，當前人工智慧晶元均只支持人工神經網路或者脈衝神經網路，難以發揮計算機和神經科學兩個領域的交叉優勢。

天機晶元通過資源復用，只需百分之三的額外面積開銷即可同時運行計算機科學和神經科學導向的絕大多數神經網路模型，支持異構網路的混合建模，形成時空域協調調度系統，發揮它們各自優勢，降低能耗，提高速度，同時保持高準確度。

「最大的挑戰在於深度和高效的融合。兩個方向基於不同的計算原理，存儲和處理架構完全不同，而深度融合，建立異構混合模型不是簡單地將二者拼在一起，需要專門的轉換單元。」團隊成員鄧磊介紹。

據了解，早在2015年，施路平團隊就已設計出第一代「天機芯」，經過不斷改進設計，2017年第二代「天機芯」問世。

相比於當前世界先進的IBM TrueNorth （按照之前IBM的說法，48個TRUENorth組建起具有 4800 萬個神經元的網路，帶來的智力水平將相似於普通老鼠。——編輯注）晶元，2017年流片成功的第二代「天機芯」密度提升20%，速度提高至少10倍，帶寬提高至少100倍。

此次面世的第三代「天機芯」為世界上首款異構融合類腦晶元，為進一步探索通用人工智慧領域提供了新的方向。

source：「天機」團隊

施路平介紹，成果的取得離不開清華大學的前瞻布局。

早在2012年，清華大學就瞄準未來人工智慧發展的前沿，通過人才引進布局類腦計算。

2014年清華大學依託精儀系成立了聯合了七個院系的類腦計算研究中心，施路平為類腦計算研究中心主任，這為日後的跨學科融合研究提供了基礎。

聚焦類腦計算，賦能人工通用智能

現階段，發展人工通用智能的方法主要有兩種：一種是以神經科學為基礎，盡量模擬人類大腦；另一種是以計算機科學為導向，讓計算機運行機器學習演算法。

但由於兩套系統使用的平台各不相同且互不兼容，極大地限制了人工通用智能的發展。「我們堅信融合這兩種方法，一定能為人工通用智能的發展提供新的思路」，施路平和他的團隊一直秉持著這樣的理念。

因此，基於自主研發的天機晶元，類腦計算中心研製出了第一代類腦計算軟體工具鏈，可支持從機器學習編程平台到「天機芯」的自動映射和編譯，開發出第一代類腦計算系統，並利用類腦自動行駛自行車建立一個異構可擴展人工通用智能開發演示平台，藉助一塊天機晶元展示了無人自行車的自平衡、動態感知、目標探測、跟蹤、自動避障、過障、語音理解、自主決策等功能。新型晶元將現有的兩條技術路徑融合起來，有望提升各個系統的能力，促進人工通用智能的發展。

source：「天機」團隊

現今，清華大學類腦計算研究中心已利用知識產權孵化了北京靈汐科技有限公司，靈汐已經成為國內類腦計算晶元和系統高新技術企業。施路平教授表示，中心的願景是引領類腦計算髮展，培養類腦計算一流人才，爭取使我國在類腦計算領域走在世界前列，進而推動國家人工通用智能發展，並賦能其他行業的全面發展。

「堅持試錯，堅持通過計算模型、架構、晶元、軟硬體協同設計及系統和技術迭代發展不斷推動人工通用智能向前發展」，談及未來研究計劃，施路平教授說道。

來源：人民日報政文

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