天機芯|清華施路平團隊發布全球首款異構融合類腦芯片

　　近日，清華大學依托精密儀器系的類腦計算研究中心施路平教授團隊發布了一項最新研究成果——類腦計算芯片“天機芯”。該芯片是面向人工通用智能的世界首款異構融合類腦計算芯片。基于此研究成果的論文“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）作為封面文章登上了8月1日《自然》（Nature）。

《自然》封面圖

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1424-8

天機異構融合類腦計算架構

　　人工智能技術的迅猛發展使人們在多個領域實現了前所未有的突破。但目前占主流的專有人工智能有很大局限性，可以賦能各行各業的人工通用智能是未來的發展方向，但至今尚無有效解決方案。發展人工通用智能主要有基于計算機和基于神經科學兩個主要方向，二者各有優缺點，目前將兩者融合被公認為是最佳解決方案之一， 而其基礎則為支持融合計算的平臺硬件。

天機芯片單片（左）和5x5陣列擴展板（右）

　　清華大學類腦計算研究中心借鑒腦科學的基本原理，提出了符合腦科學基本規律的新型類腦計算架構——異構融合的天機類腦計算芯片架構，可同時支持計算機科學和神經科學的神經網絡模型，例如人工神經網絡和脈沖神經網絡，發揮它們各自的優勢。在2015年發展的第一代“天機芯”基礎上，2017年第二代“天機芯”問世，經過不斷改進設計，具有高速度、高性能、低功耗的特點。相比于當前世界先進的IBM的TrueNorth 芯片，第二代“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。基于天機芯片，類腦計算中心還自主研發出第一代類腦計算軟件工具鏈，可支持從深度學習框架到“天機芯”的自動映射和編譯，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演示平臺，利用一塊天機芯片展示了自行車的自平衡、目標探測跟蹤、自動避障、語音理解控制、自主決策等功能。上述研究成果為學界提供了一個發展人工通用智能的平臺和思路，將能促進人工通用智能研究，從而賦能各行各業。

自動行駛自行車演示平臺

　　論文共同第一作者為清華大學精密儀器系副研究員裴京、精密儀器系博士生鄧磊（現為美國加州大學圣芭芭拉分校博士后）、清華大學醫學院宋森副教授、清華大學自動化系副研究員趙明國、清華大學計算機系張悠慧教授、清華大學精密儀器系博士生吳雙、王冠睿。清華大學為論文第一單位。論文通訊作者為清華大學精密儀器系施路平教授。合作單位包括北京靈汐科技有限公司、北京師范大學、新加坡科技與設計大學和美國加州大學圣芭芭拉分校。

　　這項研究得到了清華大學、精儀系、計算機系、自動化系、微電子系、電子系、材料系、醫學院以及北京市芯片未來高精尖研究中心的支持，也得到科技部、自然基金委和北京市的資助。