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據(jù)人民日報客戶端8月1日消息，清華大學施路平團隊近日發(fā)布研究成果——類腦計算芯片“天機芯”。該芯片是世界首款異構融合類腦芯片，也是世界上第一個既可支持脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡又可支持人工神經(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，實現(xiàn)了中國在芯片和人工智能兩大領域《自然》論文零的突破。

《自然》封面截圖

另據(jù)澎湃新聞報道，這篇名為《面向人工通用智能的異構天機芯片架構》（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，它結合了類腦計算和基于計算機科學的人工智能。

作者用一個無人自行車系統(tǒng)驗證了這一混合芯片的處理能力。試驗中，無人自行車不僅可以識別語音指令、實現(xiàn)自平衡控制，還能對前方行人進行探測和跟蹤，并自動過障、避障。

作者認為，這項研究或能為人工通用智能平臺的進一步發(fā)展起到促進作用。

原則上，人工通用智能平臺可以執(zhí)行人類能夠完成的所有任務。

基于天機芯片的類腦自動行駛自行車，圖源：微信公號“量子位”，下同

異構融合的“天機芯”

在7月30日的電話新聞發(fā)布會中，論文通訊作者、清華大學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，但都代表人腦處理信息的部分模式。他與研究團隊由此提出將兩種方法異構融合的架構，并在此架構上發(fā)展出了天機芯片（Tianjic chip）。

施路平表示，天機芯片是中國完全自主研發(fā)的技術成果，其中的異構融合思路由項目研究團隊首先提出。天機芯片也是多學科融合的結晶，團隊成員來自清華大學、北京靈汐科技、北京師范大學、新加坡理工大學和加州大學圣塔芭芭拉分校。

天機異構融合類腦計算架構

該芯片通過資源復用，只需百分之三的額外面積開銷即可同時運行計算機科學和神經(jīng)科學導向的絕大多數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡模型，支持異構網(wǎng)絡的混合建模，形成時空域協(xié)調(diào)調(diào)度系統(tǒng)，發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，既能降低能耗，提高速度，又能保持高準確度。它由156個FCores組成，包含約40000個神經(jīng)元和1000萬個突觸，采用28納米工藝制程，面積為3.8×3.8平方毫米。

同時支持計算機科學模型和神經(jīng)網(wǎng)絡模型是天機芯片的一大特點。負責芯片設計和算法細節(jié)的論文作者鄧磊介紹，通常，市面上的深度學習加速器只支持計算機科學模型，神經(jīng)形態(tài)芯片只支持神經(jīng)科學模型，而天機芯片兩者都可支持，同時支持神經(jīng)科學發(fā)現(xiàn)的眾多神經(jīng)回路網(wǎng)絡和異構網(wǎng)絡的混合建模。

天機芯片單片（左）和5x5陣列擴展板（右）

鄧磊提到，實現(xiàn)上述兩類模型深度而高效的融合是天機芯片設計中最大的挑戰(zhàn)，因為兩類模型所使用的語言、計算原理，編碼方式和應用場景都不相同。

據(jù)了解，2015年，施路平團隊設計出第一代“天機芯”，經(jīng)不斷改進設計，2017年第二代“天機芯”問世。相比于當前世界先進的IBM的TrueNorth芯片，2017年流片成功的第二代“天機芯”密度提升20%，速度提高至少10倍，帶寬提高至少100倍，靈活性和擴展性更好。

施路平介紹，早在2012年，清華大學就瞄準未來人工智能發(fā)展的前沿，通過人才引進布局類腦計算。2014年清華大學依托精儀系成立了聯(lián)合了七個院系的類腦計算研究中心，施路平為類腦計算研究中心主任。基于自主研發(fā)的天機芯片，類腦計算中心還研制出第一代類腦計算軟件工具鏈，可支持從機器學習編程平臺到“天機芯”的自動映射和編譯，開發(fā)出第一代類腦計算系統(tǒng)，并利用類腦自動行駛自行車建立一個異構可擴展人工通用智能開發(fā)演示平臺，利用一塊天機芯片展示了自行車的自平衡、動態(tài)感知、目標探測、跟蹤、自動避障、過障、語音理解、自主決策等功能。

施路平透露，目前，團隊已經(jīng)啟動了下一代芯片的研究，預期明年年初可以完成研發(fā)工作。

無人自行車系統(tǒng)

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

論文提到，搭載一枚天機芯片的無人自行車系統(tǒng)可以實現(xiàn)多功能算法和模型的同步處理。試驗中，無人自行車不僅可以識別語音指令、實現(xiàn)自平衡控制，還能對前方行人進行探測和跟蹤，并自動過障、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、電機、天機芯片和慣性測量單元。