中科院造出全球首枚人工智能芯片：清华研发的世界首款类脑芯片为何让世界瞩目

中科院造出全球首枚人工智能芯片：清华研发的世界首款类脑芯片为何让世界瞩目AI对于事物的判断都是来源于自身对于大量数据的模型训练，从而可以在遇到问题时迅速提取数据进行判断得出回答，这是有一套算法作为支撑的，这套算法的基础便是在贝叶斯-拉普拉斯公式上进行延伸。但是相比起如今AI只能解决单一领域的问题，科学家希望人工智能可以具备人脑的部分功能，不仅仅局限于单一领域，而是可以对多种不同领域的情景作出判断与决策。这就是通用人工智能，也是目前AI发展的一个趋势。我前段时间曾写了一篇文章，AI目前无法模拟人脑，在很多方面，大脑的运作仍然是未解之谜。不会具备人的情感、直觉等能力，所以尽管尽管神经网络这样的方法原本是为模拟人脑过程而开发的，但许多人工智能计划已经放弃了模仿生物大脑的概念。而是通过更像大脑那样运作，帮助人工智能系统学习技能，以及更有效地执行任务。在这篇《《面向人工通用智能的异构天机芯片架构》（Towards artificial general intellige

最近，全球科技界的眼光都望向了清华，清华大学教授施路平团队研发的类脑计算芯片“天机芯”登上了世界顶级学术杂志《自然》封面， 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。

《自然》是世界上最早的科学期刊之一，也是全世界最权威及最有名望的学术期刊之一， 在许多科学研究领域中，每年最重要、最前沿的研究结果是在《自然》中以短文章的形式发表的。

《自然》杂志的影响因子可以达到40（大于10就已经很高），影响因子现已成为国际上通用的期刊评价指标。它不仅是衡量期刊价值和曝光的指标，同时也是衡量期刊的学术水平、以及论文质量的重要指标。所以研究论文可以登上《自然》杂志可以说是众多科学家至高的荣耀，在中国，只要有一篇上了《自然》杂志，那么就是众多大学争抢的对象，安家费家人工作之类都会统统安排地妥妥贴贴。

而能够登上《自然》封面的文章，一般都代表最前沿、最具意义的研究成果，那清华大学研发的世界首款异构融合类脑芯片为何能够让世界瞩目呢？

在这篇《《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。这就是我们今天的主角——世界首款异构融合类脑芯片“天机芯”。

《自然》报道称，发展人工通用智能主要有两个主要方向。一种基于神经科学，试图构建与大脑极为相似的回路（人脑思维）。另一种基于计算机科学，让计算机运行机器学习算法（电脑思维）。施路平和他的同事们展示的“天机芯”创新性地将两种方法集成到一个融合平台，天机芯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现有类脑计算算法。

通用人工智能是指机器能在没有编码特定领域知识的情况下解决不同种类的问题，做出人类的判断和决策。这并不一定意味着机器将实现创造力、直觉或本能等没有数字类比的概念。而是能具备处理多种类型的任务和适应未曾预料的情形的能力。

我前段时间曾写了一篇文章，AI目前无法模拟人脑，在很多方面，大脑的运作仍然是未解之谜。不会具备人的情感、直觉等能力，所以尽管尽管神经网络这样的方法原本是为模拟人脑过程而开发的，但许多人工智能计划已经放弃了模仿生物大脑的概念。而是通过更像大脑那样运作，帮助人工智能系统学习技能，以及更有效地执行任务。

AI对于事物的判断都是来源于自身对于大量数据的模型训练，从而可以在遇到问题时迅速提取数据进行判断得出回答，这是有一套算法作为支撑的，这套算法的基础便是在贝叶斯-拉普拉斯公式上进行延伸。但是相比起如今AI只能解决单一领域的问题，科学家希望人工智能可以具备人脑的部分功能，不仅仅局限于单一领域，而是可以对多种不同领域的情景作出判断与决策。这就是通用人工智能，也是目前AI发展的一个趋势。

比如自动驾驶，要实现自动驾驶，汽车需要将模式识别和其它能力整合到一起，包括推理、规划和记忆。它需要不断重复做这些事，不断更新它的解决方案，但是无论它怎么模拟学习，终究只能完成自动驾驶这单一领域的工作，你不可能让它给你推荐餐厅或者给予你房屋装修的建议。这就是人工智能。

那如果它除了自动驾驶之外，还可以完成帮你推荐餐厅、帮你装修房屋等等多领域的判断与决策，这就是通用人工智能。

“天机芯”研究则“有望通过为更广泛的硬件平台铺平道路来刺激人工通用智能的发展”。 人们希望，这种芯片最终能让机器以一种前所未见的自动化方式穿梭于这个世界。因为就如刚才所说，现有的机器人能够学习开门或将垃圾扔进塑料垃圾桶，但这种训练需要数小时甚至数天的反复试验。即便如此，这些技能也只有在非常特殊的场景中才可行。在神经形态计算芯片和其他的新型处理器的帮助下，机器或许能够更有效地学习更复杂的任务，能够更加从容地执行这些任务。

施路平通过遛自行车向我们生动展示了异构融合类脑芯片的超强能力，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。这台自行车已经具备了初级的自主决策的能力。

就好像遛狗一样，你给一个指令这台自行车就能立马做出判断，美国《纽约时报》评论道，配备了人工智能芯片后，这可能是最接近独立思考的自动行驶自行车。

文章称，在新型处理器的帮助下，机器可以更有效地学习更复杂的任务，并更好地执行这些任务。由于每个人造神经元是按需放电，而不是连续放电，因此神经形态芯片比传统处理器消耗的能量更少。而且，由于它们的设计初衷是在短时间内处理信息，一些研究人员认为，这可以让系统从更少的数据中实时学习。

而《美国麻省理工评论》则表达了对中国计算机芯片迅捷发展的忧虑：“天机芯也暗示了中国在提升自己的芯片设计能力方面取得的进展。尽管距离制造最先进的计算机芯片仍有差距，但中国研究人员证明，他们也可以制造出专业的人工智能芯片。”

论文共同第一作者、清华大学博士邓磊表示，目前该技术已经有一定基础，除自行车外，发展的相关技术可直接拓展到自动驾驶、无人机以及智能机器人等应用上，研究成果也为学界提供了一个发展人工通用智能的平台和思路，将能促进人工通用智能研究，从而赋能各行各业。

清华大学研究“天机芯”已经有 6 年的时间，2013 年施路平教授加入清华，立即组建了团队进行“天机芯”的研究，历时三年，第一代“天机芯”诞生。那个时候就已经可完成目标探测与识别、平衡控制、目标追踪、自主决策避障等复杂功能，而清华大学类脑研究中心也成为国内首个在神经形态芯片领域跑通 “建模→仿真→验证→测试→应用演示”完整流程与拥有类脑计算领域软硬件平台完整工具链的单位。

不过第一代芯片的体积约为110纳米，只是个DEMO（小样），性能还存在着不足，所以他们又经过了研发，第二代“天机芯”横空出世，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。

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。 正如前文所说，同时支持计算机科学模型（电脑思维）和神经网络模型（人脑思维）是天机芯片的一大特点。

要知道实现上述两类模型深度而高效的融合可是非常困难的，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。需要拥有跨学科的思维模式，天机芯可以说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。

当然，目前来说，“天机芯”的诞生也只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。

施路平教授

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。

所以既要肯定他们的成就，我们也要看到，想要实现完全胜利，我们还有很长的路要走！也希望他们能够早点实现“发展类脑计算，支撑人工通用智能，赋能各行各业”这一宏伟愿景。