近日刊出的《自然》封面文章，展示了清华大学类脑打算研究中央施路平团队研发的新型人工智能芯片“天机芯（Tianjic）”。这是天下首款异构领悟类脑芯片，实现了中国在芯片和人工智能两大领域《自然》论文的零打破。
中国造的“天机芯”作为天下首款异构领悟类脑芯片，究竟有何打破？
芯片是人工智能系统的“大脑”。现有人工智能技能（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”的打算机科学，让打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，无限仿照人类大脑。
虽然同为人工智能，它们却“鸡同鸭讲”不能互换，这是由于两种AI“大脑”的平台各不相同且互不兼容。而“天机芯”却能把这两种原来互不兼容的人工智能芯片融为一体，成为天下首款异构领悟类脑芯片。这种领悟技能有望实现人工通用智能（AGI）。原则上，人工通用智能平台可以实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。用类脑打算支撑人工通用智能的发展，然后赋能各行各业，这是我们全体研究的愿景。”研究团队卖力人、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、实现自平衡掌握，还可以自行超越路面的小突出，不会因失落去平衡而跌倒，还能探测和跟踪前方行人，并自动避障。这表示了它的动态感知、目标探测、过障、自主决策等能力。
自行车“成精”了？不，这只是由于它配上了“天机芯”大脑。“天机芯”之外，这款自行车还配备了惯性丈量单元传感器、摄像头、麦克风，刹车电机、转向电机等制动器，以及掌握平台、打算平台等处理平台。
“这些功能中，语音识别、视觉追踪是受脑启示的模型；目标探测和运动掌握是机器学习算法；而自主决策则是一个两者稠浊的模型。”研究团队成员邓磊说，“我们要做一个小型的类脑打算平台，自行车便是我们的终极考量结果”。
要覆盖感知、决策、实行的完全任务；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哀求，能表示芯片上风——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掌握的MLP，用于决策掌握的稠浊网络。芯片采纳众核架构和任意路由拓扑，自由集成各种神经网络和稠浊编码方案，在多个模型之间无缝通信，终极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，这是天下上第一辆既有“电脑”思维又有“人脑”思维、有近乎“独立思考”能力的自行车。
如何窥伺“天机”
以运动的视频剖析能力为例。完备采取深度学习技能，需基于每一帧去处理，耗能大、代价高、数据量大，且受传感器带脱期制会涌现卡顿。而完备用神经形态技能处理，数据量降下来了，耗能小，但处理精确率又低了，随意马虎出错。“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，实时仿照人脑须要300多台天河2号同时事情。天河2号一年仅电费就要1亿元公民币，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一定趋势。而且，人工通用智能可以赋能各行各业。”施路平先容，现有人工智能是专有人工智能，一个问题对应一个办理办法，只要知足条件，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天下冠军，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、交融贯通能力的“人工通用智能”。发展人工通用智能，是人工智能学界一贯在努力的方向，国内外很多机构都在做。
“我们认为未来是个领悟架构，不会抛弃现有打算机系统，而是做改进。”施路平说，现有两种发展人工智能的方法，分别基于电脑思维和人脑思维，各有优缺陷。但团队研究比拟后创造，两者都代表了人脑处理信息的部分模式。“以是我们产生了想法——把两者有机领悟起来。这是我们研究事情的主体思想。”
那么，领悟面临哪些寻衅？“最大的寻衅不是来自科学技能，而在于我们的学科分布过细，不利于办理这样的繁芜问题。以是，多学科深度领悟是办理问题的关键，可以把电脑思维和人脑思维的上风结合起来，帮助我们发展人工智能。”施路平先容，清华大学类脑打算研究中央由校内7家院系联合组建，领悟了脑科学、电子、微电子、打算机、自动化、材料以及精密仪器等学科，成立之初，就瞄准了基于天机系列芯片的类脑系统的研发。
团队成员、清华大学精密仪器系副研究员裴京说：“像我们这样能组织起7个院系、各行业专家一起研究的团队，全天下还不多。到清华来互换过的国际团队都认为我们是研究类脑打算的最成功模式。”
然而，面对人工智能研究的纷繁繁芜，研究道路并非一帆风顺。施路平讲述了他多年前爬山迷路的故事。刚研究类脑打算时，他曾因缺少干系文献而苦恼。一次爬山，他离开大道随意乱走，迷路后通过太阳确定方向，沿着一个方向走出大山。
“可见，在一条从来没有人走过的路上，如何探求方向是非常主要的。”施路平说，脑科学是一个金矿，自然界的通用智能系统只有人脑，以“类脑”觅“天机”，从脑科学的最新研究成果中找方向标，就成为一个一定选择。
而施路平团队的类脑研究，与大略仿照大脑构造的仿脑还不一样。类脑跟仿脑出发点不一样。仿脑是尽可能仿制跟脑一样的构造，在此构造上发挥新的打算功能。而类脑研究是要办理人工智能的时空繁芜度、能效等问题，如果从人脑研究中创造了可以办理这些问题的优点，不管是构造上的优点，还是信息运行模式上的优点，施路平团队都会借鉴参考，看看能不能放到“天机芯”的系统架构中去。
“类脑是借鉴，不是大略模拟，是神似，而不是形似。在借鉴过程中，我们对脑、智能都有了越来越深的理解。”施路平说。
未来的“天机芯”天下
“目前为止，天机芯片是我们研究出来的最完美结果。但这并不虞味着通用智能系统已经完成，这只是一个初步成果。”施路平说，团队将在研发中对产品逐渐迭代，直至逼近人工通用智能，不会一挥而就。
现在，“天机芯”已研发到第三代。2015年问世的第一代“天机芯”110纳米，只是个小样（DEMO）；2017年制成的第二代“天机芯”28纳米，由156个功能核心FCore组成，包含约4万个神经元和1千万个突触。这也是登上本次《自然》封面文章的芯片。与当前世界前辈的IBMTrueNorth芯片比较，二代“天机芯”功能更全、灵巧性和扩展性更好，密度提升20%，速率提高至少10倍，带宽提高至少100倍。
“下一代芯片将是14纳米或者更小。”裴京先容，第三代芯片功能比第二代强大很多，有望在明年初完成研发。
目前，商业化运用也已提上日程。该论文署名作者中，有两位就职于北京灵汐科技有限公司。这是从清华大学类脑打算研究中央孵化出的高科技企业，第三代天机芯片正在由双方联合研发。该公司还发展了基于“天机芯”系统的工具链，芯片上市后，运用开拓的工程师们可以利用这些工具开拓出所需运用。
“运用方面，我们紧张考虑办理通用问题，给大家供应平台。”裴京说。
从无人自行车的实验看，“天机芯”上市后，完备可以运用于自动驾驶汽车和智能机器人中。而从长远来看，以“人工通用智能”为目标的“天机芯”，如果真能实现自己的空想，它将“无所不能”，可用于各行各业。由于“通用人工智能”，便是你和你的大脑能做的任何事情，都让机器学会去做。
那么，电脑可否超越人脑？“电脑早就在某些方面超越了人脑，比如记得快记得准，算得快算得准。但目前在很多智能层次，例如自主学习、模糊推理等很多领域，打算机和人脑仍有相称大间隔。类脑打算可以缩小它们的差距。”施路平认为，打算机的特点是一贯提高从不退步，因此超越人脑的领域将会越来越多，但我们不必因此畏惧它的发展。“要用人类的聪慧来规范人工智能的发展，让它做事于人类。”