清华大学通用人工智能芯片“天机芯”登上《自然》封面

　　清华大学通用人工智能芯片“天机芯”登上《自然》封面：以“类脑”觅“天机”

　　近日刊出的《自然》封面文章，展示了清华大学类脑计算研究中心施路平团队研发的新型人工智能芯片“天机芯(Tianjic)”。这是世界首款异构融合类脑芯片，实现了中国在芯片和人工智能两大领域《自然》论文的零突破。

　　中国造的“天机芯”作为世界首款异构融合类脑芯片，究竟有何突破？

　　芯片是人工智能系统的“大脑”。现有人工智能技术(AI)存在两种主流“大脑”：一种是支持人工神经网络的深度学习加速器，基于研究“电脑”的计算机科学，让计算机运行机器学习算法；另一种是支持脉冲神经网络的神经形态芯片，基于研究“人脑”的神经科学，无限模拟人类大脑。

　　虽然同为人工智能，它们却“鸡同鸭讲”不能交流，这是因为两种AI“大脑”的平台各不相同且互不兼容。而“天机芯”却能把这两种原本互不兼容的人工智能芯片融为一体，成为世界首款异构融合类脑芯片。这种融合技术有望实现人工通用智能(AGI)。原则上，人工通用智能平台可以执行人类能够完成的所有任务。

　　“我们7年前开始组队做这项研究，现在取得了初步成果。用类脑计算支撑人工通用智能的发展，然后赋能各行各业，这是我们整个研究的愿景。”研究团队负责人、清华大学精密仪器系教授施路平说。

　　自行车“成精”了

　　用于展示“天机芯”性能的平台，是在清华大学操场上“撒欢”的一辆自行车。这是一辆无人驾驶的自行车。试验中，无人驾驶自行车不仅可以识别语音指令、实现自平衡控制，还可以自行越过路面的小凸起，不会因失去平衡而摔倒，还能探测和跟踪前方行人，并自动避障。这体现了它的动态感知、目标探测、过障、自主决策等能力。

　　自行车“成精”了？不，这只是因为它配上了“天机芯”大脑。“天机芯”之外，这款自行车还配备了惯性测量单元传感器、摄像头、麦克风，刹车电机、转向电机等制动器，以及控制平台、计算平台等处理平台。

　　“这些功能中，语音识别、视觉追踪是受脑启发的模型；目标探测和运动控制是机器学习算法；而自主决策则是一个两者混合的模型。”研究团队成员邓磊说，“我们要做一个小型的类脑计算平台，自行车就是我们的最终考量结果”。

　　要覆盖感知、决策、执行的完整任务；要有能与现实环境交互的真实演示系统；演示系统必须安全可控，可以反复实验；系统对处理芯片有功耗和实时性要求，能体现芯片优势——一块“天机芯”可以同时运行5种不同神经网络：用于图像处理和物体检测的CNN，用于语音命令识别的SNN，用于人类目标跟踪的CANN，用于姿态平衡和方向控制的MLP，用于决策控制的混合网络。芯片采取众核架构和任意路由拓扑，自由集成各种神经网络和混合编码方案，在多个模型之间无缝通信，最终就让人们看到了这辆可以顺利完成各种任务的“成了精”的自行车。据悉，这是世界上第一辆既有“电脑”思维又有“人脑”思维、有近乎“独立思考”能力的自行车。

　　如何窥探“天机”

　　以运动的视频分析能力为例。完全采用深度学习技术，需基于每一帧去处理，耗能大、代价高、数据量大，且受传感器带宽限制会出现卡顿。而完全用神经形态技术处理，数据量降下来了，耗能小，但处理正确率又低了，容易出错。“我们的芯片把两种模式结合一起处理，就可以很好地达到代价和功能的平衡。”邓磊说。

　　两种模式的功耗相差多少？人脑功耗约20瓦，而据IBM测算，实时模拟人脑需要300多台天河2号同时工作。天河2号一年仅电费就要1亿元人民币，全速运算的话，电费更高达1.5亿元。

　　“从未来看，人工通用智能是一个必然趋势。而且，人工通用智能可以赋能各行各业。”施路平介绍，现有人工智能是专有人工智能，一个问题对应一个解决办法，只要满足条件，现有系统都可以做得很好。但现有人工智能难以处理模糊问题，也不能跨界处理问题。比如阿尔法狗下围棋能赢世界冠军，却做不出阅读理解题。

　　与之相对的，是能处理视觉、听觉、学习、推理等多种任务，具备举一反三、融会贯通能力的“人工通用智能”。发展人工通用智能，是人工智能学界一直在努力的方向，国内外很多机构都在做。