全文刊载于《前瞻科技》2022年第3期"集成电路科学与工程专刊”
作者简介
推举图书
文章速览
2022年9月1—3日，第六届天下人工智能大会在上海召开，在各种人工智能技能中，作为人工智能家当的根本关键硬件，AI芯片成为本次大会主角。2022年9月15日，全国“大众创业、万众创新”活动周在合肥启动，中国具备领先创新技能的昆仑芯2代AI芯片登台亮相，全面展示昆仑芯科技“双创”落地成果，以强大的AI算力助推中国数字经济高速发展。
人工智能（Artificial Intelligence, AI）是研究、开拓用于仿照、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技能及运用系统的一门新兴技能科学。芯片常日为半导体器件产品的统称，AI芯片则是专门用于处理人工智能运用中大量打算任务的模块，目前最紧张的AI芯片的事情事理便是把当前主流的人工智能方法——深度神经网络学习算法固化到芯片中，以便对输入的信息进行智能处理，继而输出经处理后预想得到的结果。
金秋玄月刚过一半，AI芯片就频频出镜，格外引人瞩目。我手头恰好有一本公民邮电出版社2021年4月出版的《AI芯片——前沿技能与创新未来》（简称《AI芯片》），负责研读并推介，希冀与广大读者一道得到更多的AI芯片知识，理解相应的技能未来发展趋势。
《AI芯片》从人工智能发展历史讲起，通过先容AI芯片的事情事理、技能与市场现状、发展趋势，着重解析了深度神经网络芯片和类脑芯片等主流芯片，并结合家当格局深入剖析了干系AI芯片案例，为读者勾勒出了这个领域的整体发展框架。我虽是这方面的生手，但研读这样一今年夜部头的高端科普图书，并没有以为太费力，现根据自己的理解梳理出该书所具有的如下三大特点。
《AI芯片》是AI芯片主流大厂首席科学家多年研发履历和前瞻展望的爱慕总结，阐明了AI芯片技能的发展离不开根本理论辅导与工程实践打破。自1956年“人工智能”这一术语首次被提出，天下上第一块芯片1957岁首年月次被发明，半个多世纪以来，人工智能学科和芯片技能得到了长足发展。从最初深度学习加速器的家当化，到基于神经形态打算的类脑芯片的迅猛发展，AI芯片技能在近些年来已取得了巨大的进步，并被广泛运用于人脸识别、汽车驾驶、艺术创作、新材料合成、新药开拓、医学诊断、机器人研制以及人们的日常生活之中，彰显了其广阔、深远的运用前景。
《AI芯片》作者张臣雄本科毕业于上海交通大学电子工程系，在德国获工学硕士和工学博士学位。他曾任职于西门子公司和Interphase公司，并在上海通信技能中央及某天下500强大型高科技企业分别担当过CEO/CTO、首席科学家等职。《AI芯片》得益于他长期从事并主管半导体芯片研究和开拓，致力于推动芯片家当化运用的丰富理论与实践履历，全书共5篇17章，全面讲述了AI芯片的发展历史、技能路线、理论根本和家当实践等内容。
在科技发展日月牙异的本日，各种颠覆性的创新（包括根本理论的创新）正源源不断呈现。在张臣雄博士看来，AI的发展包含了两个并行演进的领域：一个是“AI创造”领域，该领域包含了不断在创新的新型神经网络等AI算法；另一个是“AI实现”领域，即如何通过芯片用最佳的架构、电路、器件和新的材料实现上述算法。换一句话说，AI芯片的发展紧张依赖两个领域的创新和演进：一个是模拟人脑建立起来的数学模型和算法，这与脑生物神经学和打算机科学干系；另一个是半导体集成电路，也即芯片，这与打算机和电子领域的高新技能干系。
正是基于这样的认识，《AI芯片》的第一篇“导论”和第三篇“用于AI芯片的创新打算范式”，尤其是第六篇“促进AI芯片发展的根本理论研究、运用与创新”，重点先容了促进AI芯片技能发展的干系根本理论的创新和打破，以及这些根本理论对AI芯片技能发展的辅导浸染。《AI芯片》的第二篇“最热门的AI芯片”、第四篇“下一代AI芯片”，尤其是第五篇“推动AI芯片发展的新技能”，则专门先容了AI芯片技能发展的历史轨迹，“旨在带领读者俯瞰AI这片‘森林’中AI芯片一隅的概貌，以理解AI芯片最新研发情形、技能进展以及新的研究方向。”
作者同时强调，中国要在AI芯片核心关键技能方面奋起直追，就必须加强上述两个领域的根本研究和运用研究；要做出高性能、高能效并且可以覆盖较大运用范围、办理实际问题的AI芯片，既须要实践中的打破，也须要理论上的创新。作者用新型元件忆阻器的研发过程来佐证自己的不雅观点：从1971年的理论创新，到2008年的实践打破，再到2018年成功用于深度学习的AI芯片，这个过程解释了理论（尤其是根本理论）辅导的主要性，也解释了这些理论研究末了被运用到芯片之前，还须要先在电路、元器件、材料等工程实践领域有所打破。
《AI芯片》覆盖了AI芯片干系技能路线、理论根本和家当实践诸多方面内容，彰显了AI芯片技能发展离不开始终如一攻关和接续竞争互助。被尊称为“忆阻器之父”、美国加州大学伯克利分校的蔡少棠教授这样推举《AI芯片》：“这是一本关于深度学习和神经形态打算等种别AI芯片的及时、全面而富有远见的图书，覆盖了理论和硬件等诸多方面。只管使AI芯片成为可能的革命性前沿进展层出不穷，作者还是成功地以谆谆教导的口吻分享了最新进展的精髓，让浩瀚读者能够理解和领会。对付任何有兴趣理解AI芯片如何引领下一次工业革命的人来说，这本图书都是必不可少的读物。”确实，在当前弗成偻指算的先容AI和芯片的图书中，专门系统先容AI芯片的还不多。但你只要阅读《AI芯片》各个篇、章、节清晰、明确、普通的标题，大致就能把握AI芯片的紧张发展脉络。
AI芯片是人工智能打算硬件的“大脑”，从最初的利用图形处理器作为深度学习加速芯片开始，到当下人们为AI定制的专用芯片，短短的几年韶光里，AI芯片就飞速发展成为一个朝阳家当。这个中自然离不开干系领域科研职员久久为功的刻苦攻关。作者在第一篇“导论”中举例指出，要使AI芯片达到更高的智能水平，非常主要的一点便是要使神经网络的运作模式更像人类的大脑。为此，除了大学和研究所外，很多开拓AI芯片的公司专门成立了“脑神经科学”部门（如被谷歌收购的Deep Mind），以便进一步研究人脑的思考过程，建立更科学、更符合生物特性、更细致的神经网络模型。由此可见，谁在这方面的理论攻关有了新的打破，谁就能在AI芯片技能上取得重大的创新，继而把握先机，取得更加领先的地位。
AI芯片的发展历史是一部接续竞争互助的历史。虽然AI芯片涌现的历史并不是很长，但对深度学习意义重大的“反向传播”算法却早在1986年就被杰弗里·辛顿等人发明并用于改进神经网络性能，最近10年里，研究者更是把这些智能算法从实验室的试验推向了市场的家当发展。当前，“AI芯片领域不只是半导体芯片公司竞争的舞台，连互联网公司、云打算公司都纷纭发布推出芯片的操持”，更多国际研究项目的呈现更是彰显了互助在促进AI芯片技能发展中的主要浸染。
当然，和其他芯片技能一样，AI芯片同样霸占着各国高新技能的制高点，竞争成为一定，互助则有限定，尤其是相互处于对抗状态时，更是具有“卡脖子”效应。2020年8月，国务院印发《新期间促进集成电路家当和软件家当高质量发展的多少政策》，这对促进中国国产芯片行业发展、摆脱受制于人局势无疑十分利好。正是意识到了中国等发展中国家的奋起直追，美国国会众议院2022年7月28日也正式通过了《芯片与科学法案》，强调在国际冲突尤其是美国实力走弱的背景下，芯片等涉及半导体的家当布局不能再以商业自由主义运行，而是必须深刻地融入国家竞争和安全计策进程中。
《AI芯片》供应了下一代AI芯片技能发展路线图，引领读者走进一个异彩纷呈的新天下，昭示了AI芯片技能发展离不开学科交叉领悟与科技伦理约束。《AI芯片》的作者预测，下一代AI芯片将与量子物理、脑科学和光学等学科密不可分，超低功耗、自供电等技能将成为AI芯片发展的主要支撑技能。为此，本书给出了AI芯片的技能发展路线图，对AI芯片领域的研究现状、家当发展和未来展望进行了精要的先容、点评和前瞻，给广大读者呈现了一个异彩纷呈的新天下。作者同时试着回答了“在更远的将来，哪些根本方面的研究将影响和重塑AI芯片领域？”“如何在AI芯片上表示AI的智能程度向生物大脑的靠拢？”“AI芯片还会有哪些意义重大的发展和运用？”等一系列重大问题。
作为一门朝阳东升的前沿学科，人工智能涉及数学、物理学、生物学、逻辑学、图像学、信息论、艺术学等浩瀚学科领域，由此昭示了AI芯片技能发展离不开多学科的深度交叉、领悟，将会吸引更多领域的科学家和技能专家投身于个中。作者给出了这样一个实例：半导体芯片和生物大脑的构建模块在纳米尺度上是相同的……随着芯片技能的发展，尤其是具有生物相容性的有机材料的运用，仿制人类大脑的可能性正在不断提高。但是，要办理这个中一系列的科学、技能难题寻衅，须要来自多个学科的折衷研究事情，这种折衷不仅包括材料器件、电路、架构和算法等领域的折衷，还包括许多创新的打算范式。
在图书的末了，也即第17章“AI芯片的运用和发展前景”中，作者在抒发“AI从赞助人类到代替人类事情直至末了超越人类的过程中，虽然还很漫长，但是，人类创造的高新技能正在大踏步向前迈进”的豪情时，也理性地表达了“在支配此类系统之前，还必须办理与可靠性、安全性、隐私、道德和法规干系的问题”的警觉。
是的，人们常日乐于看到人工智能给人类社会发展带来的正向浸染，却随意马虎忽略它的负面影响：人工智能及其相应的AI芯片技能的滥用，会不会使人类越来越依赖科技，继而沉沦腐化为科技的奴隶？人的各种能力尤其是独立自主思考的能力，会不会在这种
2016年3月，人工智能机器人“阿尔法狗”（AlphaGo）对弈当时天下围棋第一人——韩国的李世石（九段），以4∶1的总比分轻松得胜；2017年5月，它又以3∶0的总比分碾压式打败当时积分排名天下第一的中国九段棋手柯洁。我当时就想，运用了AI芯片技能的“阿尔法狗”的棋力已远超人类职业围棋顶尖水平，当这类机器人被运用于职业围棋比赛，围棋这一极富魅力的古老双人对弈游戏，还有存在的必要吗？
没有在这些重大的科学伦理问题上进行深入磋商，不得不说是《AI芯片》的一大缺憾。有感于斯，特填《浣溪沙》词一首，以表情怀：科技攻关匆匆变迁，AI芯片竞相研，纷繁人类启新篇。福祸相生谋远虑，智能滥用惑疑连。且将发展顾全面。
END
关于本刊
《前瞻科技》是由中国科学技能协会主管，科技导报社主理、出版的科技智库型自然科学综合类学术期刊，于2022年创刊。
办刊宗旨：环绕国家重大计策任务、科技前沿主要领域和关键核心技能，刊载干系研究成果的综述和述评，促进学术互换，推动科技进步，做事我国经济社会高质量发展。
常设栏目有“前瞻”“综述与述评”“聚焦”“论坛”“文化”“书评”等，个中“前瞻”“综述与述评”为固定栏目，其他为非固定栏目。
期刊官网：www.qianzhankeji.cn