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能让自行车“自动驾驶”!清华团队新型融合AI芯片“天机”登上Nature封面

2019-08-03
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导读

中国芯片,登上Nature了!最新一期Nature封面刊登了清华大学开发的全球首款异构融合类脑芯片,这是由清华大学类脑计算研究中心施路平教授带队,历时7年的成果。研究团队还展示了由该芯片驱动的“无人驾驶自行车”。


从IBM的“深蓝”系统击败国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫,到谷歌的AlphaGo战胜人类顶级围棋选手,再到人工智能辅助医生“阅片”,诊断准确率超过95%,近年来,人工智能的突破大多从智能的某个领域接近或超过人类智能,但距离达到人类水平的人工通用智能(AGI,Artificial General Intelligence)还有很长的路要走。
 

顶级学术期刊《自然》(Nature)的封面聚焦了中国新型类脑芯片,或有助人工通用智能发展。



这款新型类脑芯片叫做“天机芯”(Tianjic),这篇名为《面向人工通用智能的异构天机芯片架构》(Towards artificial general intelligencewith hybrid Tianjic chip architecture)的论文介绍了这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。

 
研究人员用一个自动行驶自行车系统验证了这一混合芯片的处理能力。论文提到,搭载了这枚天机芯片的无人自行车系统可以实现多功能算法和模型的同步处理。试验中,无人自行车不仅可以识别语音指令、实现自平衡控制,还能对前方行人进行探测和跟踪,并自动过障、避障。
 
S型路线跟踪
 
语音控制“左转”


语音控制“直行和加速”


自主避障



异构融合的“天机芯” 


据澎湃新闻报道,论文通讯作者、清华大学精密仪器系教授施路平介绍了论文的研究思路。他提到,现阶段,发展人工通用智能的方法主要有两种,一种基于电脑思维,另一种基于人脑思维,两种方法各有优缺点,但都代表人脑处理信息的部分模式。他与研究团队由此提出将两种方法异构融合的架构,并在此架构上发展出了天机芯片。

 

施路平表示,天机芯片是中国完全自主研发的技术成果,其中的异构融合思路由项目研究团队首先提出。天机芯片也是多学科融合的结晶,团队成员来自清华大学、北京灵汐科技、北京师范大学、新加坡理工大学和加州大学圣塔芭芭拉分校。


天机异构融合类脑计算架构
 

天机芯片有多个高度可重构的功能性核,可以同时支持机器学习算法和类脑电路,它由156个FCores组成,包含约40000个神经元和1000万个突触,采用28纳米工艺制程,面积为3.8×3.8平方毫米。

 

同时支持计算机科学模型和神经网络模型是天机芯片的一大特点。负责芯片设计和算法细节的论文作者邓磊介绍,通常,市面上的深度学习加速器只支持计算机科学模型,神经形态芯片只支持神经科学模型,而天机芯片两者都可支持,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。


天机芯片单片(左)和5x5阵列扩展板(右)
 
邓磊提到,实现上述两类模型深度而高效的融合是天机芯片设计中最大的挑战,因为两类模型所使用的语言、计算原理,编码方式和应用场景都不相同。 
 

施路平透露,目前,团队已经启动了下一代芯片的研究,预期明年年初可以完成研发工作。



清华施路平团队历时 7 年,修成正果 



这项研究由依托精密仪器系的清华大学类脑计算研究中心施路平教授团队进行。
 
施路平1981年本科毕业于山东大学物理系,1992年在德国科隆大学获得博士学位。



从1996年开始,他在新加坡新科研数据存储研究院工作近17年,在此期间,因为在类超晶格相变材料和器件的杰出贡献而于2004年获颁新加坡国家科技奖(当年唯一,第一获奖人)。2013年3月,施路平全职入职清华大学,组建清华大学类脑计算研究中心,从基础理论、类脑计算系统芯片和软件系统全方位进行类脑计算研究。
 

天机芯片正是他带领团队历时7年,得到的最新成果。

 

关于人工通用智能能否实现、何时实现的问题,业内有不同的观点。

 
部分人工智能学者认为,人工通用智能的概念并不严肃,在实践中基本不可能实现。另一些人则十分看好人工通用智能的发展,认为它有可能塑造人类的发展轨迹。还有一些则用实际行动表达对人工通用智能的态度,例如,今年7月,微软宣布向非营利性人工智能研究公司OpenAI投资10亿美元研发人工通用智能。
 
在《自然》论文的新闻发布会中,施路平表示,“人工通用智能是一个非常难的研究课题”,但“我们相信它是一定会实现的”,他认为,从未来发展的角度看,人工通用智能是一个必然的趋势。
 
施路平强调,此次发表在《自然》的论文是一个非常初步的研究,人工通用智能是一项非常具有挑战性的工作,目前还处于起步阶段。他和团队的研究愿景是——“发展类脑计算,支撑人工通用智能,赋能各行各业”。


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