清华大学施路平教授分享“类脑计算基础”讲座

  • 刘栋
  • 发布于 2017-12-18
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       2017年12月12日晚七点,清华大学类脑计算中心主任施路平教授做客微电子学院主办的“类脑芯片技术与应用专题系列”科学前沿讲座,为国科大的同学们带来了关于“类脑计算基础”的讲座。

      讲座一开始,施路平教授就总结道,作为一名合格的科研工作者,必须明确并做好三件事——“why,what,how”。Why,即为什么去研究,是什么样的动力和目标驱动一个研究者关注并从事某项工作。What,即研究什么。在已有工作的经验和成果的基础上,找到合适的研究方向。How,即怎么研究。根据实际,调整自身的知识结构,找到一个高效的团队,实现具体的想法。有关“类脑计算基础”的讲座,也是在这三点之上展开的。

      一.Why--类脑计算的源起

      施路平教授表示,类脑计算的发展源自于人类在不断扩张的数码世界里面对的困境。众所周知,冯诺依曼架构主导的计算系统已经面对许多挑战。比如,存储速度与运算速度不匹配,计算非结构化信息时性能疲软,驱动集成电路发展的物理微缩恐已走到尽头。

      在这种背景下,科学家渐渐将视线转向了自然界最完美的计算工具——大脑。依托深度神经网络的人工智能风暴自2006年开始刮起,并席卷了各个产业。比如无人车,AlphaGo,AlphaZero。然而,实现人工智能必须具备完整的大数据,规范且单一的问题,这在现实世界里几乎不可能实现。用大量数据训练出的深度神经网络极不稳定。

      将计算机与人脑各自的优势结合,这正是类脑计算的朴素思想。科学家希望做出更符合神经元形态的计算单元。计算科学和脑科学整合研究的神经形态工程应运而生。一方面,是以冯诺依曼架构为起点的类脑研究,另一方面,是空间复杂度为起点的仿脑研究。

      二.What——类脑计算的研究重点

      类脑计算的研究基于三个层次。在核心芯片层面,要建立类脑信息处理的普适平台;在操作系统层面,要引领类脑智能技术的发展方向;在应用软件层面,要防止信息产业空心化。

      施路平教授列举了几款典型的类脑计算处理器,2016年面世的IBM-TrueNorth就是其中之一。TrueNorth类脑计算处理器基于脉冲神经网络(SNN),模拟人类神经元,并且采用了逻辑时钟为1KHz这样的低频率来模拟毫秒级别生物上的脉冲,使得TrueNorth功耗很低。于此同时,TrueNorth的团队建构了配套的TrueNorth硬件系统,Compass软件系统,Corelet高级顶层设计语言,Corelet模块库及编译器和“多目标探测及分类”的应用实例。

除了TrueNorth之外,还有德国的Brain Scale,斯坦福大学推出的Neurogrid,德国研发的Brain Scale,英国研发的SpiNNaker等。这些工作为我国的类脑计算研究提供了研究方向。

      三.How——类脑计算的研究方案(清华大学类脑研究中心的工作)

      作为清华大学类脑研究中心主任,也是中国脑计划工程的首倡者和建立者,施路平教授为同学们介绍了类脑研究中心目前的工作状况。

      为了融合脑科学和计算机科学,中心的研究人员来自七个院系。其研究类脑研究的架构从基础学科,到核心技术和应用。研究的理论,涉及大脑的工作机理,类脑计算系统架构,人工通用智能架构。类脑中心主要研究脉冲神经网络,提出了异构融合类脑计算的新方案。主要的成果是推出了一款神经形态芯片——天机芯,建立了与之匹配的神经形态基础软件——天机工具链。

      讲座结束时,施路平老师表示,目前类脑计算没有公认的技术方案,机遇千载难逢,大有可为。并借用Hinton的名言激励同学们“如果你有一个强烈的直觉,认为自己有一个很好的主意,但其他人都说‘不’。那么注意,它不是一个坏的想法,它实际上是一个原创的想法”。