陈云霁:创“芯”国之重器

檀彦卓 支天

来源:manbetx体育网2019年05月06日16:07

大约5.2亿年前,在地质学上被称作“寒武纪”的时代,大量无脊椎动物在短时间内出现“生命大爆发”。如今,“寒武纪”这个名字被人们再次提起时,多是指中科院计算所研发的人工智能芯片处理器,意喻着人工智能即将迎来大爆发的时代。

“寒武纪”是由陈云霁和他同在中科院计算技术研究所的弟弟陈天石带领团队研发的一款达到国际一流水平的系列智能芯片。陈云霁14岁考入中国科学技术大学少年班,24岁在中科院计算所取得计算机博士学位,29岁就晋升为研究员,被认为是“弯道超车”的天才。如今,陈云霁担任中科院计算所智能处理器中心主任,带领团队进行智能芯片的研究开发,成为中国在人工智能时代实现“弯道超车”的领跑者。

第一次“弯道超车”——少年班走出来的研究员

寸头、圆脸、黑框眼镜,深灰羊毛衫、双肩包,初次见面谁也不会把看上去学生模样的陈云霁与中国青年科技奖、国家万人计划“青年拔尖人才”等头衔联想在一起。陈云霁1983年出生于江西南昌的一个普通知识分子家庭。受父母影响,他打小就热爱学习、博览群书,向往着成为一名科研工作者。谈起童年,他认为兴趣对自己的影响很大“父母很注意培养我的好奇心。父母书架上的书,不管是工程类的,还是历史方面的,我都爱看。”陈云霁至今还对历史很痴迷,他认为这和启蒙教育关系很大。

陈云霁小学三年级就学完小学数学课程,小学毕业时又学完初中数学课程,同时考上南昌十中。中学期间,他在班里整体成绩并不突出。他心里很清楚,实现“科学家”梦想,考上好大学是先决条件。

经过一段时间努力,他考入中国科学技术大学少年班,14岁的陈云霁完成人生第一次“弯道超车”。然而,进了少年班以后,他发现自己并不是“最快”的那一个。陈云霁自认为在科大少年班既不是最聪明的,也不是最勤奋的,成绩在班上的“后半截”。“学习、生活各方面都有点准备不足。”他笑着说,“‘弯道超车’得下苦功夫的道理,这是在科大少年班学到的。”

中科大少年班可以根据兴趣来选专业,班里不少人都选了数学或者物理,陈云霁却犯了难。“那时候大家都觉得自己是数学天才。”陈云霁回忆,“记得数学大师陈省身给少年班有个题词,是‘不争第一’。我想,拿不到第一不要紧,但是得从事个感兴趣的方向。”

大学三年级,对未来还有些懵懂的陈云霁就把计算机系所有实验室的门敲了个遍,问是否接收本科生。最后,教计算机体系结构的周学海教授所在的实验室收下了他。通俗地说,计算机体系结构就是研究如何用晶体管的“砖石”搭出计算机的“大楼”。在研发过程中,尽管做的都是些打下手的“杂活”,却让陈云霁第一次恣意徜徉在这座“大楼”中。

2002年,陈云霁加入计算所,跟随胡伟武研究员硕博连读,成为当时龙芯研发团队中最年轻的成员。没想到,这一干,就是12年。陈云霁说:“没有‘龙芯’,就没有今天的陈云霁,是胡老师的言传身教,带我走上芯片行业。”

博士毕业后,陈云霁留在了计算所。年仅25岁的陈云霁,成为8核龙芯3号的主架构师。

第二次“弯道超车”——深度学习处理器领域的引领者

2008年,当时人工智能这个“风口”还没有起来,陈云霁就已经开始研究如何用计算机模拟人的智能。用更专业的话来说,就是通过体系结构来设计神经网络芯片。而在此之前,计算机硬件的运行速度和功能已经成为神经网络应用的瓶颈。

北京奥运会期间,已经放假的陈云霁躲在宿舍里挥汗如雨。很快,他撰写的论文被计算机系统结构领域顶尖国际会议国际高性能计算机体系结构会议(HPCA)录用,这也是HPCA历史上第一篇来自中国大陆的论文。

研究人工智能的道路并不平坦,在实践中陈云霁遇到了很多困难。招不来学生、申请不到项目……陈云霁只身一人在办公室没日没夜地熬,完成了第一个处理器架构原型的逻辑设计,一张折叠床成了他办公室的“码农标配”。

更为糟糕的是,在他提出了一系列基于人工智能方法的处理器研发技术,并多次向体系结构顶级会议投稿后,却总是以被拒而告终。

陈云霁并没有被困难吓倒,他相信,只要坚持“人工智能”梦,把研究做得更深入,外在的困难总是能克服的。

经过多年的积累,陈云霁终于在2014年迎来硕果。他带领的团队和其他团队合作的成果:“一种小尺度的高吞吐率机器学习加速器”,智能处理的能效达传统芯片的近百倍,其论文在国际体系结构支持、编程语言和操作系统国际会议(ASPLOS)上获得“最佳论文奖”。这是大陆科研机构首次在国际计算机系统结构领域顶级会议上获得最佳论文奖,也是亚洲首次、美国之外国家第二次获得ASPLOS会议的最佳论文。

凭借扎实的科研成果,陈云霁完成了人生的第二次“弯道超车”。

如今,陈云霁开创的深度学习处理器这一方向,已成为国际计算机体系结构领域最热门的学术研究方向之一。他的相关论文受到哈佛、谷歌等上百所国际知名研究机构和图灵奖得主、中美两国院士等一大批国际知名学者引用跟踪。

国际权威学术杂志S cience称陈云霁为深度学习处理器的“先驱”和“国际上该方向公认的引领者”。2015年,陈云霁被MIT Technology Review评为全球35位35岁以下青年创新者。

第三次“弯道超车”——努力建立信息产业新生态

党的十九大报告提出“,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”。国务院也印发了《新一代人工智能发展规划》,指导我国人工智能的发展。党和国家对这一重要战略机遇的重视可见一斑。

人工智能时代正在迫近,如何实现中国在人工智能的“弯道超车”?能否建立起以中国为主导的、开放共赢的信息产业新生态?以陈云霁等为代表的中国科学家们正在努力探索。

“人工智能不是空中楼阁,必须附着在某个东西上。”陈云霁介绍说,正如工业时代的蒸汽机、信息时代的通用CPU,智能芯片作为智能产业的核心物质载体,决定了智能产业未来的应用与发展,对我国引领智能时代的产业发展,有着不可或缺的重要性。

2017年,陈云霁率领其团队成功研制了国际首个深度学习处理器芯片——“寒武纪”。

陈云霁曾这样来解释自己的灵感来源:“人的大脑是已知最智能的物体。如果能把大脑中神经元和突触数字化抽象出来,这样的数字化网络某种程度上可能就继承了人脑对信息的处理能力。”

一方面,神经网络是智能处理的好方法;另一方面,通用处理器在这方面效率很低。“如果要用通用处理器搭建一个人脑规模突触的神经网络,可能需要建一个电站来给它供电了。”陈云霁想到,为什么不能用人工智能的办法来设计一款专门的芯片呢?

“寒武纪”恰恰解决了这一问题:它可以在计算机中模拟神经元和突触的计算,对信息进行智能处理,还通过设计专门存储结构和指令集,每秒可以处理160亿个神经元和超过2万亿个突触,功耗却只有原来的1/10,未来甚至有希望把整个“阿尔法狗”系统装进手机。如今,“寒武纪”已成功应用于数千万台手机中,为手机提供更高的实时智能处理能力。

伴随人类智能科技的不断发展,芯片研究的使命将从信息时代的计算转变为支撑机器智能,建立信息产业新生态刻不容缓。“要以党和国家的需求为己任,抓住智能时代前所未有的机遇,努力将‘寒武纪’系列智能芯片成果不断发展壮大。”对于中国在人工智能时代实现“弯道超车”,陈云霁信心十足。

(作者单位:中国科学院计算技术研究所)

(责编:宋美琪、陈 昂)

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