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| 本文作者： camel | 2019-11-11 15:12 |
陳云霽，是一個(gè)80后，但卻是智能芯片研究的領(lǐng)軍人物。
在9月中旬，北京智源人工智能研究院曾舉辦“智能體系架構(gòu)與芯片”重大研究方向的發(fā)布會(huì)，發(fā)布會(huì)上宣布中科院計(jì)算所陳云霽研究員將擔(dān)任這個(gè)方面的首席科學(xué)家，帶領(lǐng) 9 位智源研究員（PI）與 6 位智源青年科學(xué)家共同探索面向未來(lái)的高效能、通用智能處理器。
在10 月 31 日北京智源人工智能研究院舉辦的首屆“智源大會(huì)”上，陳云霽再次就該重大研究方向接受雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論等媒體采訪。
陳云霽
陳云霽，中科院計(jì)算所智能處理器研究中心研究員，主任，博導(dǎo)。研究方向?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)處理器，在深度學(xué)習(xí)處理器領(lǐng)域獲得了突出成績(jī)。擁有30余項(xiàng)已授權(quán)的發(fā)明專利，發(fā)表或錄用學(xué)術(shù)論文100余篇，其中CCF A類頂級(jí)會(huì)議/期刊論文34篇（大部分為一作或通訊作者）。2016~2018的CCF A類會(huì)議ISCA平均有近1/4的論文引用他的論文從事深度學(xué)習(xí)處理器的研制。曾獲中國(guó)青年科技獎(jiǎng)、國(guó)家萬(wàn)人計(jì)劃“青年拔尖人才”、國(guó)家自然科學(xué)基金“優(yōu)秀青年基金”、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)（第一完成人）等榮譽(yù)。
陳云霽表示工業(yè)時(shí)代以發(fā)動(dòng)機(jī)為時(shí)代發(fā)展的核心物質(zhì)載體，帶動(dòng)社會(huì)進(jìn)步；信息時(shí)代則是以CPU為核心物質(zhì)載體；我們即將進(jìn)入一個(gè)智能的時(shí)代，那么我們必須去探索智能時(shí)代的核心物質(zhì)載體，即智能計(jì)算系統(tǒng)。
在他的帶領(lǐng)下，智源的9位研究員與6位青年科學(xué)家將去探索四個(gè)方向的研究，包括智能整機(jī)、編譯語(yǔ)言與編譯、智能芯片以及設(shè)計(jì)方法學(xué)。16位研究人員的研究規(guī)劃如下圖所示：
陳云霽是深度學(xué)習(xí)處理器的開拓者，但他表示深度學(xué)習(xí)處理器本身的科學(xué)問題已經(jīng)相對(duì)比較清晰，后面更多的是工程問題，而非科學(xué)問題；而他們所要做的是去發(fā)現(xiàn)更新的科學(xué)研究方向，解決新的科學(xué)問題。
此外談到類腦是否是馮諾依曼架構(gòu)這個(gè)問題時(shí)，陳云霽表示，我們應(yīng)當(dāng)去閱讀馮諾依曼在1945年寫的那個(gè)報(bào)告原文，在原文中馮諾依曼曾花費(fèi)十幾章來(lái)論證一個(gè)問題，即整個(gè)馮諾依曼機(jī)可以用神經(jīng)元來(lái)搭建。因此未來(lái)的類腦芯片是否是馮諾依曼架構(gòu)，需要就事而論。
以下是陳云霽研究員的具體談話，AI 科技評(píng)論進(jìn)行了不改變?cè)獾木庉?，?nèi)容未經(jīng)本人確認(rèn)——
（參與媒體：雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論、CSDN、財(cái)新網(wǎng)、智東西）
陳云霽：各位朋友好！我是中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的陳云霽。我們代表的方向是智源人工智能研究院成立的第三個(gè)重大研究方向——智能體系架構(gòu)與芯片。與其他幾個(gè)方向不太一樣的是，我們這個(gè)方向更多是偏向硬件和系統(tǒng)，其他的方向相對(duì)來(lái)說(shuō)更偏向算法、應(yīng)用層面。某種意義上來(lái)說(shuō)，我們?cè)谥窃囱芯矿w系里面是最底層、最基礎(chǔ)的。
事實(shí)上，智能計(jì)算系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)人工智能發(fā)展來(lái)說(shuō)都是非常關(guān)鍵的。我們可能都是唯物主義者，工業(yè)時(shí)代必須要有自己的核心物質(zhì)載體，就是發(fā)動(dòng)機(jī)；信息時(shí)代需要有CPU作為核心物質(zhì)載體；智能時(shí)代也要有自己的核心物質(zhì)載體，我們認(rèn)為智能計(jì)算系統(tǒng)就是智能時(shí)代的核心物質(zhì)載體。因此智源研究院設(shè)置這樣一個(gè)方向?qū)ｉT來(lái)做這塊研究，是非常有必要的。
我們這個(gè)方向大概有制定了四個(gè)層面的研究：
第一個(gè)是最上層的智能整機(jī)，相當(dāng)于一個(gè)完整的智能計(jì)算機(jī)交付給大家；
第二層面是編程語(yǔ)言和編譯，我們?cè)趺慈懼悄艹绦颍檬裁礃拥恼Z(yǔ)言編寫這樣的智能程序，寫出來(lái)的智能程序又怎么編譯到智能芯片，讓智能芯片能理解；
第三個(gè)層面就是做各種各樣具體的智能芯片，我們大概布局了四種智能芯片的研究；
最底層是智能芯片的設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究，說(shuō)白了是研究怎么能夠快速用開源工具設(shè)計(jì)出新的智能芯片。
我們這個(gè)方向有10個(gè)PI，主要是來(lái)自于清華、北大、中科院；還有5位青年科學(xué)家，也是來(lái)自清華、北大和中科院?？傮w情況就是這樣。
問：之前有記者采訪孫茂松教授，他提到現(xiàn)在“深度學(xué)習(xí)碰壁了，面臨一個(gè)困境”。您怎么看待這個(gè)觀點(diǎn)，以及這會(huì)對(duì)您在深度學(xué)習(xí)處理器的研究上有什么影響？
陳云霽： 孫老師講的是很有道理的，學(xué)術(shù)研究的角度上看，深度學(xué)習(xí)的邊界已經(jīng)相對(duì)比較清楚了，它能干什么，不能干什么，現(xiàn)在大家開始有一些感覺了。比如很多高級(jí)認(rèn)知功能，推理、聯(lián)想、創(chuàng)造等，深度學(xué)習(xí)似乎都很難解決。當(dāng)然不排除未來(lái)有變革，但目前深度學(xué)習(xí)方法都不能完全解決這些問題。
因此，智源研究院應(yīng)該去探索一些更新的東西，智源并不是一個(gè)企業(yè)的研究院或者說(shuō)甚至并不像科技部。智源需要有更大的勇氣和決心去探索更前瞻的、對(duì)于我們整個(gè)人類來(lái)說(shuō)都是未知的東西。在我們布局智能體系架構(gòu)與芯片的研究方向中，我們10個(gè)PI在4個(gè)層面上進(jìn)行的研究，某種意義上來(lái)說(shuō)沒有把深度學(xué)習(xí)處理器的研究當(dāng)成主要的研究?jī)?nèi)容。
在我看來(lái)深度學(xué)習(xí)處理器本身的科學(xué)問題相對(duì)已經(jīng)比較清晰了，后面更多的是工程上的問題。而我們智源要去做的事情，應(yīng)該是去發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)問題、新的科學(xué)方向，解決新的科學(xué)問題。在這個(gè)層面上，我們希望探索的是未來(lái)十年，我們有沒有可能設(shè)計(jì)出新的類型的智能體系架構(gòu)，不僅僅是能效比今天寒武紀(jì)或者其他的智能芯片高10倍、100倍，更重要的是它能解決更廣闊的人工智能應(yīng)用。它不僅僅是解決深度學(xué)習(xí)的任務(wù)，還應(yīng)該解決更廣闊的其他機(jī)器學(xué)習(xí)方法，包括貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、決策樹、深度學(xué)習(xí)，甚至說(shuō)它能夠更高效地去解決剛才我講的那些高級(jí)認(rèn)知類的功能，推理、聯(lián)想、創(chuàng)造等。
只有把這樣的芯片做出來(lái)，我們才能說(shuō)這個(gè)芯片是未來(lái)能夠在我們通往強(qiáng)人工智能道路上發(fā)揮關(guān)鍵作用的芯片。這也是我們這個(gè)方向里面10個(gè)PI一起討論凝練出來(lái)的目標(biāo)，我們自己也覺得這樣的目標(biāo)對(duì)于我們做基礎(chǔ)研究的人來(lái)說(shuō)是比較激動(dòng)人心的。
問：您提到布局了四種智能芯片的研究，能不能詳細(xì)解釋一下哪四種？
陳云霽：這里面有四個(gè)方面：
第一，類腦的智能芯片。大家都知道前段時(shí)間有一個(gè)非常有影響力的工作，清華大學(xué)施路平教授做的類腦芯片的工作，發(fā)表在Nature的封面上。這說(shuō)明北京在這個(gè)方向，在國(guó)際上都是處于一個(gè)比較前列的地位。我們這里面四個(gè)方向中的第一個(gè)方向是類腦的智能芯片，希望我們的芯片能夠像接近我們大腦工作機(jī)理去運(yùn)轉(zhuǎn)。
第二，機(jī)器學(xué)習(xí)處理器，我們過(guò)去對(duì)深度學(xué)習(xí)處理器（例如“寒武紀(jì)”芯片）有所了解，未來(lái)想做的機(jī)器學(xué)習(xí)處理器，不僅僅是深度學(xué)習(xí)，還能夠進(jìn)行貝葉斯、決策樹、線性回歸等更廣闊的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，都能夠非常高效地處理。
第三，可重構(gòu)的智能芯片。我們想未來(lái)十年、二十年，智能算法還會(huì)快速發(fā)展，以后產(chǎn)生出來(lái)的智能算法可能是我們今天聞所未聞，甚至是想都沒有想到過(guò)的。如果我們未來(lái)的智能芯片不能支撐未來(lái)新的算法，業(yè)務(wù)面就會(huì)受限，我們想探索一種可重構(gòu)的智能芯片的方法。它可以根據(jù)我們的應(yīng)用需求，靈活地進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，去適配未來(lái)的算法。這樣的話，未來(lái)不管智能算法怎么演進(jìn)，我們的芯片都能夠比較好地支撐。
第四，應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的芯片。我們?cè)谌粘Ｉ钪械玫降男畔⒍际菚r(shí)序信息。我們從外界得到的信息，一般都是視頻序列和語(yǔ)音序列等。面向視頻序列和語(yǔ)音序列的應(yīng)用也非常多，我們想看看是否能夠發(fā)展一類專門去處理時(shí)間序列信息的芯片。這是一類以應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)的專門的芯片。
這四個(gè)方向要么是國(guó)際學(xué)術(shù)的前沿，要么就是未來(lái)很有潛力的學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn)，要么是有非常實(shí)際的應(yīng)用需求。但有一個(gè)共同點(diǎn)，它們都是在學(xué)術(shù)上相對(duì)比較前瞻的。
當(dāng)時(shí)張宏江博士（智源研究院理事長(zhǎng)）和黃鐵軍教授（智源研究院院長(zhǎng)）最開始在跟我們說(shuō)設(shè)置這個(gè)方向的時(shí)候，給我們的建議就是，現(xiàn)在企業(yè)已經(jīng)能干的事情，已經(jīng)能往產(chǎn)品做的事情，我們智源就不要去做了；因?yàn)檫@些已經(jīng)有很多的投入，很多的人在做，我們要看更遠(yuǎn)的東西。
問：您提到的可重構(gòu)智能計(jì)算架構(gòu)與機(jī)器學(xué)習(xí)處理器之間有什么區(qū)別？
陳云霽：我打一個(gè)不是很準(zhǔn)確的比方。這兩者都是希望實(shí)現(xiàn)通用，都是希望實(shí)現(xiàn)靈活性。
機(jī)器學(xué)習(xí)處理器的思路是樂高積木這樣的思路，通過(guò)找到各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法的最大公約數(shù)，形成一個(gè)指令級(jí)，用指令的拼接組合（就像用很多樂高積木的即插件）就可以拼出一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)的算法?？赡苓@個(gè)算法我沒有見過(guò)，但是這個(gè)即插件只要設(shè)計(jì)的足夠好，就能夠拼出這個(gè)東西來(lái)?？芍貥?gòu)的智能芯片類似橡皮泥這種模式，你根據(jù)自己的需求把這塊橡皮泥捏出你想要的形狀。
所以從某種角度上來(lái)說(shuō)，機(jī)器學(xué)習(xí)處理器更像樂高積木，可重構(gòu)處理器更像橡皮泥。橡皮泥有很小的顆粒，樂高積木的顆粒相對(duì)比較大。最后達(dá)到的效果是類似的。
問：您剛才提到四種芯片，具體來(lái)說(shuō)您比較看好哪個(gè)芯片？
陳云霽：這是很有意思的問題，這4個(gè)類型的芯片我覺得都挺有發(fā)展?jié)摿Φ?。而且事?shí)上，我覺得未來(lái)智源如果不斷地發(fā)展，完全有可能再出現(xiàn)支持第五類、第六類。基礎(chǔ)研究的模式可能跟純做大工程還不太一樣。大工程，比如做一個(gè)原子彈，最后就是一個(gè)原子彈。基礎(chǔ)研究要同時(shí)平行探索好幾條路徑，到底哪條路徑能成功，需要時(shí)間來(lái)檢驗(yàn)，這個(gè)過(guò)程中路徑有可能分叉，也有可能有合并。
至于我看好哪一條，需要看長(zhǎng)期還是短期。
長(zhǎng)期來(lái)看，比如30年、40年或者50年，類腦這塊是有很大的潛力。今天它發(fā)展的并不成熟，但是我想肯定是我們這方面做科學(xué)研究的終極目標(biāo)。
如果從比較實(shí)際的角度來(lái)看，能夠比較短期快速的從基礎(chǔ)研究變成應(yīng)用技術(shù)的，可能會(huì)是機(jī)器學(xué)習(xí)處理器。畢竟機(jī)器學(xué)習(xí)大家還是在廣闊地使用。
可重構(gòu)也非常有價(jià)值，包括時(shí)間序列的芯片，一定要我說(shuō)哪一個(gè)最好，很難判斷。今天可能我們判斷這件事情為時(shí)太早，要有十年、二十年才能檢驗(yàn)得出來(lái)。
問：您之前說(shuō)芯片需要通用和靈活性兼具，包括您說(shuō)的機(jī)器學(xué)習(xí)處理器，這些都是需要通用和靈活性兼具的。其實(shí)市場(chǎng)上有通用型的包括CPU、FPGA這種，您覺得未來(lái)更好的是哪個(gè)類型？
陳云霽：產(chǎn)業(yè)方面我不是特別好判斷。
從我們做基礎(chǔ)研究的角度來(lái)說(shuō)，做研究有一個(gè)研究的品味，我們會(huì)比較希望去做一些相對(duì)更通用的東西。一方面它要能效很高，另外我們也希望它盡可能通用。
計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最重要的兩個(gè)成果，一個(gè)是圖靈機(jī)，一個(gè)是馮·諾依曼機(jī)，這是整個(gè)計(jì)算機(jī)最重要的兩個(gè)成果。可能沒有之三了，就是這兩個(gè)。它們都有很明顯的特征，就是非常強(qiáng)調(diào)通用性。圖靈機(jī)的架構(gòu)本身就能夠適應(yīng)各種各樣的問題，用一個(gè)簡(jiǎn)單的紙帶加上讀寫頭就可以解決各種各樣的問題。馮·諾依曼機(jī)更是如此。世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)叫ENIAC，它很笨拙，解決完一個(gè)問題后，如果你想用它來(lái)解決另外一個(gè)問題，還需要吧各種各樣的硬件線路拆下來(lái)重新連接；馮·諾依曼就提出了馮·諾依曼機(jī)，其核心思想就是存儲(chǔ)程序，不用拆換線路，只要更換程序就可以達(dá)到同樣的效果。
對(duì)于我們做計(jì)算機(jī)人來(lái)說(shuō)，重視通用性是一種基因。我們未來(lái)如果要發(fā)展智能處理器或者智能芯片，我們必然會(huì)強(qiáng)調(diào)通用性。
此外從做研究的角度來(lái)看，通用性越好的東西，受到的關(guān)注也就越多。
問：在我的理解中，您剛才提到馮諾依曼結(jié)構(gòu)，其實(shí)類腦應(yīng)該是一種非馮結(jié)構(gòu)，它未來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)這種通用性能嗎？
陳云霽：類腦是不是非馮諾依曼結(jié)構(gòu)，還是存在爭(zhēng)議的。馮諾依曼結(jié)構(gòu)的核心思想在于存儲(chǔ)程序，在于我們換一個(gè)任務(wù)去做并不需要重新去把硬件給拆下來(lái)。類腦計(jì)算也希望存儲(chǔ)程序，也希望有比較強(qiáng)的靈活性。它到底會(huì)不會(huì)是馮諾依曼結(jié)構(gòu)呢？我覺得還要一事一議的看，并不是類腦的機(jī)器就一定不是馮諾依曼結(jié)構(gòu)。
如果我們仔細(xì)去看馮諾依曼報(bào)告，可能很多人沒有看過(guò)，我自己是有一天熬夜的時(shí)候很無(wú)聊，就把馮諾依曼1945年寫的那個(gè)報(bào)告下載下來(lái)看的。我一看就很震驚。那個(gè)報(bào)告十幾章，第一章、第二章是我們過(guò)去都知道的馮諾依曼機(jī)的介紹，一個(gè)馮諾依曼機(jī)應(yīng)該包括存儲(chǔ)器、控制器等東西。
后面十幾章講什么呢，他在論證整個(gè)馮諾依曼機(jī)可以用神經(jīng)元搭出來(lái)，還做了很多數(shù)據(jù)上的論證，控制器可以用神經(jīng)元搭出來(lái)，存儲(chǔ)機(jī)可以用神經(jīng)元搭出來(lái)，輸入輸出也可以用神經(jīng)元搭出來(lái)，然后最后的結(jié)論就是整個(gè)馮諾依曼其實(shí)都可以用神經(jīng)元搭出來(lái)。
所以從這個(gè)角度上來(lái)說(shuō)，我不知道馮諾依曼心目中的馮諾依曼機(jī)跟我們大家心目中的馮諾依曼機(jī)是不是一個(gè)概念。但是如果我們指的是馮諾依曼自己說(shuō)的馮諾依曼機(jī)，我覺得至少很多類腦芯片不一定就跳出他的范疇。
大家可能并不一定會(huì)看最原始的文件，看了第五手、第六手資料，可能理解和原作者就會(huì)有所偏差。但是我覺得馮諾依曼的理解，對(duì)于馮諾依曼機(jī)的理解應(yīng)該跟絕大部分的人想象的會(huì)不太一樣。
雷鋒網(wǎng)報(bào)道。
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