AI人工智能天機芯芯片
描述
2019年刊出的《自然》封面文章，展示了清華大學類腦計算研究中心團隊研發(fā)的新型人工智能芯片“天機芯（Tianjic）”。這是世界首款異構融合類腦芯片，實現(xiàn)了中國在芯片和人工智能兩大領域《自然》論文的零突破。
中國造的“天機芯”作為世界首款異構融合類腦芯片，究竟有何突破？
芯片是人工智能系統(tǒng)的“大腦”。現(xiàn)有人工智能技術（AI）存在兩種主流“大腦”：一種是支持人工神經網絡的深度學習加速器，基于研究“電腦”的計算機科學，讓計算機運行機器學習算法；另一種是支持脈沖神經網絡的神經形態(tài)芯片，基于研究“人腦”的神經科學，無限模擬人類大腦。
雖然同為人工智能，它們卻“雞同鴨講”不能交流，這是因為兩種AI“大腦”的平臺各不相同且互不兼容。而“天機芯”卻能把這兩種原本互不兼容的人工智能芯片融為一體，成為世界首款異構融合類腦芯片。這種融合技術有望實現(xiàn)人工通用智能（AGI）。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。
“7年前開始組隊做這項研究，現(xiàn)在取得了初步成果。用類腦計算支撐人工通用智能的發(fā)展，然后賦能各行各業(yè)，這是整個研究的愿景。”。

有了天機芯，自行車“成精”了
用于展示“天機芯”性能的平臺，是在清華大學操場上“撒歡”的一輛自行車。這是一輛無人駕駛的自行車。試驗中，無人駕駛自行車不僅可以識別語音指令、實現(xiàn)自平衡控制，還可以自行越過路面的小凸起，不會因失去平衡而摔倒，還能探測和跟蹤前方行人，并自動避障。這體現(xiàn)了它的動態(tài)感知、目標探測、過障、自主決策等能力。
自行車“成精”了？不，這只是因為它配上了“天機芯”大腦。“天機芯”之外，這款自行車還配備了慣性測量單元傳感器、攝像頭、麥克風，剎車電機、轉向電機等制動器，以及控制平臺、計算平臺等處理平臺。
“這些功能中，語音識別、視覺追蹤是受腦啟發(fā)的模型；目標探測和運動控制是機器學習算法；而自主決策則是一個兩者混合的模型。”研究團隊成員鄧磊說，“要做一個小型的類腦計算平臺，自行車就是的最終考量結果”。
要覆蓋感知、決策、執(zhí)行的完整任務；要有能與現(xiàn)實環(huán)境交互的真實演示系統(tǒng)；演示系統(tǒng)必須安全可控，可以反復實驗；系統(tǒng)對處理芯片有功耗和實時性要求，能體現(xiàn)芯片優(yōu)勢——一塊“天機芯”可以同時運行5種不同神經網絡：用于圖像處理和物體檢測的CNN，用于語音命令識別的SNN，用于人類目標跟蹤的CANN，用于姿態(tài)平衡和方向控制的MLP，用于決策控制的混合網絡。芯片采取眾核架構和任意路由拓撲，自由集成各種神經網絡和混合編碼方案，在多個模型之間無縫通信，最終就讓人們看到了這輛可以順利完成各種任務的“成了精”的自行車。據悉，這是世界上第一輛既有“電腦”思維又有“人腦”思維、有近乎“獨立思考”能力的自行車。
如何窺探“天機”
以運動的視頻分析能力為例。完全采用深度學習技術，需基于每一幀去處理，耗能大、代價高、數據量大，且受傳感器帶寬限制會出現(xiàn)卡頓。而完全用神經形態(tài)技術處理，數據量降下來了，耗能小，但處理正確率又低了，容易出錯。“的芯片把兩種模式結合一起處理，就可以很好地達到代價和功能的平衡。”鄧磊說。
兩種模式的功耗相差多少？人腦功耗約20瓦，而據IBM測算，實時模擬人腦需要300多臺天河2號同時工作。天河2號一年僅電費就要1億元人民幣，全速運算的話，電費更高達1.5億元。
“從未來看，人工通用智能是一個必然趨勢。而且，人工通用智能可以賦能各行各業(yè)。”，現(xiàn)有人工智能是專有人工智能，一個問題對應一個解決辦法，只要滿足條件，現(xiàn)有系統(tǒng)都可以做得很好。但現(xiàn)有人工智能難以處理模糊問題，也不能跨界處理問題。比如阿爾法狗下圍棋能贏世界冠軍，卻做不出閱讀理解題。
與之相對的，是能處理視覺、聽覺、學習、推理等多種任務，具備舉一反三、融會貫通能力的“人工通用智能”。發(fā)展人工通用智能，是人工智能學界一直在努力的方向，國內外很多機構都在做。
“未來是個融合架構，不會拋棄現(xiàn)有計算機系統(tǒng)，而是做改進。”，現(xiàn)有兩種發(fā)展人工智能的方法，分別基于電腦思維和人腦思維，各有優(yōu)缺點。但團隊研究對比后發(fā)現(xiàn)，兩者都代表了人腦處理信息的部分模式。“所以產生了想法——把兩者有機融合起來。這是研究工作的主體思想。”
那么，融合面臨哪些挑戰(zhàn)？“最大的挑戰(zhàn)不是來自科學技術，而在于的學科分布過細，不利于解決這樣的復雜問題。所以，多學科深度融合是解決問題的關鍵，可以把電腦思維和人腦思維的優(yōu)勢結合起來，幫助發(fā)展人工智能。”，清華大學類腦計算研究中心由校內7家院系聯(lián)合組建，融合了腦科學、電子、微電子、計算機、自動化、材料以及精密儀器等學科，成立之初，就瞄準了基于天機系列芯片的類腦系統(tǒng)的研發(fā)。
“像這樣能組織起7個院系、各行業(yè)專家一起研究的團隊，全世界還不多。到清華來交流過的國際團隊都認為是研究類腦計算的最成功模式。”

然而，面對人工智能研究的紛繁復雜，研究道路并非一帆風順。多年前爬山迷路的故事。剛研究類腦計算時，他曾因缺乏相關文獻而苦惱。一次爬山，他離開大道隨意亂走，迷路后通過太陽確定方向，沿著一個方向走出大山。
“可見，在一條從來沒有人走過的路上，如何尋找方向是非常重要的。”，腦科學是一個金礦，自然界的通用智能系統(tǒng)只有人腦，以“類腦”覓“天機”，從腦科學的最新研究成果中找方向標，就成為一個必然選擇。
而團隊的類腦研究，與簡單模擬大腦結構的仿腦還不一樣。類腦跟仿腦出發(fā)點不一樣。仿腦是盡可能仿制跟腦一樣的結構，在此結構上發(fā)揮新的計算功能。而類腦研究是要解決人工智能的時空復雜度、能效等問題，如果從人腦研究中發(fā)現(xiàn)了可以解決這些問題的優(yōu)點，不管是結構上的優(yōu)點，還是信息運行模式上的優(yōu)點，團隊都會借鑒參考，看看能不能放到“天機芯”的系統(tǒng)架構中去。
“類腦是借鑒，不是簡單模仿，是神似，而不是形似。在借鑒過程中，對腦、智能都有了越來越深的理解。”。
未來的“天機芯”世界
“目前為止，天機芯片是研究出來的最完美結果。但這并不意味著通用智能系統(tǒng)已經完成，這只是一個初步成果。”，團隊將在研發(fā)中對產品逐漸迭代，直至逼近人工通用智能，不會一蹴而就。
現(xiàn)在，“天機芯”已研發(fā)到第三代。2015年問世的第一代“天機芯”110納米，只是個小樣（DEMO）；2017年制成的第二代“天機芯”28納米，由156個功能核心FCore組成，包含約4萬個神經元和1千萬個突觸。這也是登上本次《自然》封面文章的芯片。與當前世界先進的IBMTrueNorth芯片相比，二代“天機芯”功能更全、靈活性和擴展性更好，密度提升20%，速度提高至少10倍，帶寬提高至少100倍。
“下一代芯片將是14納米或者更小。”裴京介紹，第三代芯片功能比第二代強大很多，有望在明年初完成研發(fā)。
目前，商業(yè)化應用也已提上日程。該論文署名作者中，有兩位就職于北京靈汐科技有限公司。這是從清華大學類腦計算研究中心孵化出的高科技企業(yè)，第三代天機芯片正在由雙方聯(lián)合研發(fā)。該公司還發(fā)展了基于“天機芯”系統(tǒng)的工具鏈，芯片上市后，應用開發(fā)的工程師們可以使用這些工具開發(fā)出所需應用。
“應用方面，主要考慮解決通用問題，給大家提供平臺。”裴京說。
從無人自行車的實驗看，“天機芯”上市后，完全可以應用于自動駕駛汽車和智能機器人中。而從長遠來看，以“人工通用智能”為目標的“天機芯”，如果真能實現(xiàn)自己的理想，它將“無所不能”，可用于各行各業(yè)。因為“通用人工智能”，就是你和你的大腦能做的任何事情，都讓機器學會去做。
那么，電腦可否超越人腦？“電腦早就在某些方面超越了人腦，比如記得快記得準，算得快算得準。但目前在很多智能層次，例如自主學習、模糊推理等很多領域，計算機和人腦仍有相當大距離。類腦計算可以縮小它們的差距。”，計算機的特點是一直前進從不退步，因此超越人腦的領域將會越來越多，但不必因此懼怕它的發(fā)展。“要用人類的智慧來規(guī)范人工智能的發(fā)展，讓它服務于人類。”

總結

以上是生活随笔為你收集整理的AI人工智能天机芯芯片的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。