據(jù)人民日?qǐng)?bào)客戶端8月1日消息，清華大學(xué)施路平團(tuán)隊(duì)近日發(fā)布研究成果——類腦計(jì)算芯片“天機(jī)芯”。該芯片是世界首款異構(gòu)融合類腦芯片，也是世界上第一個(gè)既可支持脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又可支持人工神經(jīng)網(wǎng)路的人工智能芯片。

目前，該成果已在《自然》雜志作為封面文章發(fā)表，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)在芯片和人工智能兩大領(lǐng)域《自然》論文零的突破。

《自然》封面截圖

另?yè)?jù)澎湃新聞報(bào)道，這篇名為《面向人工通用智能的異構(gòu)天機(jī)芯片架構(gòu)》（Towards artificial general intelligence with hybrid Tianjic chip architecture）的論文介紹了一款新型人工智能芯片，它結(jié)合了類腦計(jì)算和基于計(jì)算機(jī)科學(xué)的人工智能。

作者用一個(gè)無人自行車系統(tǒng)驗(yàn)證了這一混合芯片的處理能力。試驗(yàn)中，無人自行車不僅可以識(shí)別語(yǔ)音指令、實(shí)現(xiàn)自平衡控制，還能對(duì)前方行人進(jìn)行探測(cè)和跟蹤，并自動(dòng)過障、避障。

作者認(rèn)為，這項(xiàng)研究或能為人工通用智能平臺(tái)的進(jìn)一步發(fā)展起到促進(jìn)作用。

原則上，人工通用智能平臺(tái)可以執(zhí)行人類能夠完成的所有任務(wù)。

基于天機(jī)芯片的類腦自動(dòng)行駛自行車，圖源：微信公號(hào)“量子位”，下同

異構(gòu)融合的“天機(jī)芯”

在7月30日的電話新聞發(fā)布會(huì)中，論文通訊作者、清華大學(xué)精密儀器系教授施路平介紹了論文的研究思路。

他提到，現(xiàn)階段，發(fā)展人工通用智能的方法主要有兩種，一種基于電腦思維，另一種基于人腦思維，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都代表人腦處理信息的部分模式。他與研究團(tuán)隊(duì)由此提出將兩種方法異構(gòu)融合的架構(gòu)，并在此架構(gòu)上發(fā)展出了天機(jī)芯片（Tianjic chip）。

施路平表示，天機(jī)芯片是中國(guó)完全自主研發(fā)的技術(shù)成果，其中的異構(gòu)融合思路由項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)首先提出。天機(jī)芯片也是多學(xué)科融合的結(jié)晶，團(tuán)隊(duì)成員來自清華大學(xué)、北京靈汐科技、北京師范大學(xué)、新加坡理工大學(xué)和加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校。

天機(jī)異構(gòu)融合類腦計(jì)算架構(gòu)

該芯片通過資源復(fù)用，只需百分之三的額外面積開銷即可同時(shí)運(yùn)行計(jì)算機(jī)科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)導(dǎo)向的絕大多數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的混合建模，形成時(shí)空域協(xié)調(diào)調(diào)度系統(tǒng)，發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢(shì)，既能降低能耗，提高速度，又能保持高準(zhǔn)確度。它由156個(gè)FCores組成，包含約40000個(gè)神經(jīng)元和1000萬個(gè)突觸，采用28納米工藝制程，面積為3.8×3.8平方毫米。

同時(shí)支持計(jì)算機(jī)科學(xué)模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是天機(jī)芯片的一大特點(diǎn)。負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)和算法細(xì)節(jié)的論文作者鄧?yán)诮榻B，通常，市面上的深度學(xué)習(xí)加速器只支持計(jì)算機(jī)科學(xué)模型，神經(jīng)形態(tài)芯片只支持神經(jīng)科學(xué)模型，而天機(jī)芯片兩者都可支持，同時(shí)支持神經(jīng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的眾多神經(jīng)回路網(wǎng)絡(luò)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的混合建模。

天機(jī)芯片單片（左）和5x5陣列擴(kuò)展板（右）

鄧?yán)谔岬?，?shí)現(xiàn)上述兩類模型深度而高效的融合是天機(jī)芯片設(shè)計(jì)中最大的挑戰(zhàn)，因?yàn)閮深惸Ｐ退褂玫恼Z(yǔ)言、計(jì)算原理，編碼方式和應(yīng)用場(chǎng)景都不相同。

據(jù)了解，2015年，施路平團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出第一代“天機(jī)芯”，經(jīng)不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，2017年第二代“天機(jī)芯”問世。相比于當(dāng)前世界先進(jìn)的IBM的TrueNorth芯片，2017年流片成功的第二代“天機(jī)芯”密度提升20%，速度提高至少10倍，帶寬提高至少100倍，靈活性和擴(kuò)展性更好。

施路平介紹，早在2012年，清華大學(xué)就瞄準(zhǔn)未來人工智能發(fā)展的前沿，通過人才引進(jìn)布局類腦計(jì)算。2014年清華大學(xué)依托精儀系成立了聯(lián)合了七個(gè)院系的類腦計(jì)算研究中心，施路平為類腦計(jì)算研究中心主任?；谧灾餮邪l(fā)的天機(jī)芯片，類腦計(jì)算中心還研制出第一代類腦計(jì)算軟件工具鏈，可支持從機(jī)器學(xué)習(xí)編程平臺(tái)到“天機(jī)芯”的自動(dòng)映射和編譯，開發(fā)出第一代類腦計(jì)算系統(tǒng)，并利用類腦自動(dòng)行駛自行車建立一個(gè)異構(gòu)可擴(kuò)展人工通用智能開發(fā)演示平臺(tái)，利用一塊天機(jī)芯片展示了自行車的自平衡、動(dòng)態(tài)感知、目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、自動(dòng)避障、過障、語(yǔ)音理解、自主決策等功能。

施路平透露，目前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)啟動(dòng)了下一代芯片的研究，預(yù)期明年年初可以完成研發(fā)工作。

無人自行車系統(tǒng)

為了驗(yàn)證天機(jī)芯片的處理能力，研究人員開發(fā)了一款無人自行車系統(tǒng)。

論文提到，搭載一枚天機(jī)芯片的無人自行車系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多功能算法和模型的同步處理。試驗(yàn)中，無人自行車不僅可以識(shí)別語(yǔ)音指令、實(shí)現(xiàn)自平衡控制，還能對(duì)前方行人進(jìn)行探測(cè)和跟蹤，并自動(dòng)過障、避障。

無人自行車系統(tǒng)。這輛自行車上配備了攝像頭、陀螺儀、速度計(jì)、電機(jī)、天機(jī)芯片和慣性測(cè)量單元。