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中国类脑芯片首登 Nature 封面 天机芯有何“玄机?”

数据观 08-01

全文共计 2270 字,预计阅读时间 6 分钟

来源 | 综合自人民日报政文、中国科学报、DeepTech 深科技、前瞻网

编辑 | 蒲蒲

近日,清华大学类脑计算研究中心施路平团队研发的 " 天机芯 "(Tianjic)登上了《自然》(Nature)封面。封面标题为《双重控制》(Dual Control),作为人工通用智能(AGI,Artificial General Intelligence)领域的一个重磅应用案例进行了展示。

这也实现了中国在芯片和人工智能两大领域《自然》论文零的突破。

这篇名为《面向人工通用智能的异构天机芯片架构》(Towards artificial general intelligence with hybrid Tianjic chip architecture)的论文介绍了一款新型人工智能芯片,它结合了类脑计算和基于计算机科学的人工智能,是世界首款异构融合类脑芯片。

论文链接:

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

装有 Tianjic 芯片的无人自行车

天机芯让无人驾驶自行车成为现实

天机芯是一款实现异构融合的电子芯片,可以整合现有人工网络算法,类脑的脉冲神经网络算法,同时支持神经科学发现的众多神经回路网络和异构网络的混合建模,发挥它们各自的优势。在自行车上利用一块 " 天机芯 " 同时运行了包括卷积神经网络在内的 5 种不同神经网络,实现了无人自行车驾驶。

这个无人智能自行车系统包括了激光测速、陀螺仪、摄像头等传感器,刹车电机、转向电机、驱动电机等致动器,以及控制平台、计算平台、天机板级系统等处理平台等。

无人自行车可以实时感知周围环境,跟随前方的试验人员并自动进行避障的操作,并根据语音指令、视觉感知的反馈产生实时信号对电机进行控制,以达到保持平衡,改变行进状态(包括横向和纵向)。

这款自行车实现了多模态信息集成,能够维持平衡,并跟据目标人物的位置控制自行车转向,完成实时追踪。

据施路平透露,目前," 天机芯 " 已经在北京灵汐科技有限公司开始进行下一步开发。

天机芯的前世今生

此次面世的第三代 " 天机芯 " 为世界上首款异构融合类脑芯片,为进一步探索通用人工智能领域提供了新的方向。

据了解,在 2015 年,第一代 " 天机芯 " 问世。" 第一代芯片的体积约为 110 纳米,只是个 DEMO(小样)。" 论文共同第一作者、清华大学仪器科学与技术研究所副研究员裴京介绍,经过不断改进设计,2017 年团队研发了第二代 " 天机芯 " 芯片。

第二代 " 天机芯 " 具有高速度、高性能、低功耗的特点,体积缩小至 28 纳米。相比于当前世界先进的 IBM 的 TrueNorth 芯片,其功能更全、灵活性和扩展性更好,密度提升 20%,速度提高至少 10 倍,带宽提高至少 100 倍。

论文共同第一作者、清华大学博士邓磊告诉《中国科学报》,基于自主研发的天机芯片,团队还研制出第一代类脑计算软件工具链,可支持从机器学习编程平台到 " 天机芯 " 的自动映射和编译。

在人工智能芯片两大主流方向外,找到独特的 " 第三条路 "

据介绍,当前,人工智能芯片发展有两大主流方向:支持人工神经网络的深度学习加速器和支持脉冲神经网络的类脑芯片。由于算法和模型的差别,当前人工智能芯片均只支持人工神经网络或者脉冲神经网络,难以发挥计算机和神经科学两个领域的交叉优势。

天机芯片通过资源复用,只需百分之三的额外面积开销即可同时运行计算机科学和神经科学导向的绝大多数神经网络模型,支持异构网络的混合建模,形成时空域协调调度系统,发挥它们各自优势,降低能耗,提高速度,同时保持高准确度。

" 最大的挑战在于深度和高效的融合。两个方向基于不同的计算原理,存储和处理架构完全不同,而深度融合,建立异构混合模型不是简单地将二者拼在一起,需要专门的转换单元。" 团队成员邓磊介绍。

施路平介绍,成果的取得离不开清华大学的前瞻布局,早在 2012 年,清华大学就瞄准未来人工智能发展的前沿,通过人才引进布局类脑计算。2014 年清华大学依托精仪系成立了联合了七个院系的类脑计算研究中心,施路平为类脑计算研究中心主任,这为日后的跨学科融合研究提供了基础。

聚焦类脑计算,赋能人工通用智能

现阶段,发展人工通用智能的方法主要有两种:一种是以神经科学为基础,尽量模拟人类大脑;另一种是以计算机科学为导向,让计算机运行机器学习算法。但由于两套系统使用的平台各不相同且互不兼容,极大地限制了人工通用智能的发展。" 我们坚信融合这两种方法,一定能为人工通用智能的发展提供新的思路 ",施路平和他的团队一直秉持着这样的理念。

因此,团队基于自主研发的天机芯片,研制出的第一代类脑计算软件工具链,除了可支持从机器学习编程平到 " 天机芯 " 的自动映射和编译,开发出第一代类脑计算系统外,同时还利用类脑自动行驶自行车建立一个异构可扩展人工通用智能开发演示平台。

借助一块天机芯片展示了无人自行车的自平衡、动态感知、目标探测、跟踪、自动避障、过障、语音理解、自主决策等功能。新型芯片将现有的两条技术路径融合起来,有望提升各个系统的能力,促进人工通用智能的发展。

现今,清华大学类脑计算研究中心已利用知识产权孵化了北京灵汐科技有限公司,灵汐已经成为国内类脑计算芯片和系统高新技术企业。施路平教授表示,中心的愿景是引领类脑计算发展,培养类脑计算一流人才,争取使我国在类脑计算领域走在世界前列,进而推动国家人工通用智能发展,并赋能其他行业的全面发展。

" 坚持试错,坚持通过计算模型、架构、芯片、软硬件协同设计及系统和技术迭代发展不断推动人工通用智能向前发展 ",谈及未来研究计划,施路平教授说道。

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