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自行车也能无人驾驶?只因它配上国产AI芯片

时间:2019-08-12 15:04:00 来源:中国经济网

  近日刊出的《自然》封面文章,展示了清华大发排列3大学 类脑计算研究中心施路平团队研发的新型人工智能芯片“天机芯(Tianjic)”。这是世界首款异构融合类脑芯片,实现了中国在芯片和人工智能两大领域《自然》论文的零突破。

  中国造的“天机芯”作为世界首款异构融合类脑芯片,究竟有何突破?

  芯片是人工智能系统的“大脑”。现有人工智能大发排列3技术 (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”的计算机科学,让计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,无限模拟人类大脑。

  虽然同为人工智能,它们却“鸡同鸭讲”不能交流,这是因为两种AI“大脑”的平台各不相同且互不兼容。而“天机芯”却能把这两种原本互不兼容的人工智能芯片融为一体,成为世界首款异构融合类脑芯片。这种融合大发排列3技术 有望实现人工通用智能(AGI)。原则上,人工通用智能平台可以执行人类能够完成的所有任务。

  “大发排列3大发排列3我 们 7年前开始组队做这项研究,现在取得了初步成果。用类脑计算支撑人工通用智能的发展,然后赋能各行各业,这是大发排列3大发排列3我 们 整个研究的愿景。”研究团队负责人、清华大发排列3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,是在清华大发排列3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、实现自平衡控制,还可以自行越过路面的小凸起,不会因失去平衡而摔倒,还能探测和跟踪前方行人,并自动避障。这体现了它的动态感知、目标探测、过障、自主决策等能力。

  自行车“成精”了?不,这只是因为它配上了“天机芯”大脑。“天机芯”之外,这款自行车还配备了惯性测量单元传感器、摄像头、麦克风,刹车电机、转向电机等制动器,以及控制平台、计算平台等处理平台。

  “这些功能中,语音识别、视觉追踪是受脑启发的模型;目标探测和运动控制是机器学习算法;而自主决策则是一个两者混合的模型。”研究团队大发排列3成员 邓磊说,“大发排列3大发排列3我 们 要做一个小型的类脑计算平台,自行车就是大发排列3大发排列3我 们 的最终考量结果”。

  要覆盖感知、决策、执行的完整任务;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要求,能体现芯片优势——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控制的MLP,用于决策控制的混合网络。芯片采取众核架构和任意路由拓扑,自由集成各种神经网络和混合编码方案,在多个模型之间无缝通信,最终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,这是世界上第一辆既有“电脑”思维又有“人脑”思维、有近乎“独立思考”能力的自行车。



“天机芯”登上国际顶级学术期刊《自然》杂志封面。 (资料图片)

  如何窥探“天机”

  以运动的大发排列3视频 分析能力为例。完全采用深度学习大发排列3技术 ,需基于每一帧去处理,耗能大、代价高、数据量大,且受传感器带宽限制会出现卡顿。而完全用神经形态大发排列3技术 处理,数据量降下来了,耗能小,但处理正确率又低了,容易出错。“大发排列3大发排列3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,实时模拟人脑需要300多台天河2号同时工作。天河2号一年仅电费就要1亿元人民币,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必然趋势。而且,人工通用智能可以赋能各行各业。”施路平介绍,现有人工智能是专有人工智能,一个问题对应一个解决办法,只要满足条件,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世界冠军,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、融会贯通能力的“人工通用智能”。发展人工通用智能,是人工智能学界一直在努力的方向,国内外很多机构都在做。

  “大发排列3大发排列3我 们 认为未来是个融合架构,不会抛弃现有计算机系统,而是做改进。”施路平说,现有两种发展人工智能的大发排列3方法 ,分别基于电脑思维和人脑思维,各有优缺点。但团队研究对比后发现,两者都代表了人脑处理信息的部分模式。“所以大发排列3大发排列3我 们 产生了想法——把两者有机融合起来。这是大发排列3大发排列3我 们 研究工作的主体思想。”

  那么,融合面临哪些挑战?“最大的挑战不是来自科学大发排列3技术 ,而在于大发排列3大发排列3我 们 的学科分布过细,不利于解决这样的复杂问题。所以,多学科深度融合是解决问题的关键,可以把电脑思维和人脑思维的优势结合起来,大发排列3帮助 大发排列3大发排列3我 们 发展人工智能。”施路平介绍,清华大发排列3大学 类脑计算研究中心由校内7家院系联合组建,融合了脑科学、电子、微电子、计算机、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。

  团队大发排列3成员 、清华大发排列3大学 精密仪器系副研究员裴京说:“像大发排列3大发排列3我 们 这样能大发排列3组织 起7个院系、各大发排列3行业 专家一起研究的团队,全世界还不多。到清华来交流过的国际团队都认为大发排列3大发排列3我 们 是研究类脑计算的最成功模式。”

  然而,面对人工智能研究的纷繁复杂,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。刚研究类脑计算时,他曾因缺乏相关文献而苦恼。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,如何寻找方向是非常重要的。”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,就成为一个必然选择。

  而施路平团队的类脑研究,与简单模拟大脑结构的仿脑还不一样。类脑跟仿脑出发点不一样。仿脑是尽可能仿制跟脑一样的结构,在此结构上发挥新的计算功能。而类脑研究是要解决人工智能的时空复杂度、能效等问题,如果从人脑研究中发现了可以解决这些问题的优点,不管是结构上的优点,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,不是简单模仿,是神似,而不是形似。在借鉴过程中,大发排列3大发排列3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”世界

  “目前为止,天机芯片是大发排列3大发排列3我 们 研究出来的最完美结果。但这并不意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,团队将在研发中对大发排列3产品 逐渐迭代,直至逼近人工通用智能,不会一蹴而就。

  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。与当前世界先进的IBMTrueNorth芯片相比,二代“天机芯”功能更全、灵活性和扩展性更好,密度提升20%,速度提高至少10倍,带宽提高至少100倍。

  “下一代芯片将是14纳米或者更小。”裴京介绍,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,商业化应用也已提上日程。该论文署名作者中,有两位就职于大发排列3北京 灵汐科技有限大发排列3公司 。这是从清华大发排列3大学 类脑计算研究中心孵化出的高科技大发排列3企业 ,第三代天机芯片正在由双方联合研发。该大发排列3公司 还发展了基于“天机芯”系统的大发排列3工具 链,芯片上市后,应用开发的工程师们可以使用这些大发排列3工具 开发出所需应用。

  “应用方面,大发排列3大发排列3我 们 主要考虑解决通用问题,给大家提供平台。”裴京说。

  从无人自行车的实验看,“天机芯”上市后,完全可以应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理想,它将“无所不能”,可用于各行各业。因为“通用人工智能”,就是大发排列3你 和大发排列3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,计算机和人脑仍有相当大距离。类脑计算可以缩小它们的差距。”施路平认为,计算机的特点是一直前进从不退步,因此超越人脑的领域将会越来越多,但大发排列3大发排列3我 们 不必因此惧怕它的发展。“要用人类的智慧来规范人工智能的发展,让它大发排列3服务 于人类。”(经济日报-中国经济网记者 佘惠敏)


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编辑: 刘坤媛
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