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向人脑,觅“天机”| 登上《天然》封面的清华天机芯怎么炼成?

admin 2019-08-06 227人围观 ,发现0个评论

最新一期的《天然》封面文章,展现了清华大学类脑核算研讨中心施路平团队研制的新式人工智能芯片“天机芯(Tianjic)”。这是国际首款异构交融类脑芯片,完结了我国在芯片和人工智能两大范畴《天然》论文的零打破。

“天机芯”登上《天然》封面。

异构交融类脑芯片是什么意思?

芯片是人工智能体系的“大脑”,现有人工智能技能(AI)就存在两种干流“大脑”:

一种是支撑人工神经网路的深度学习加快器,根据研讨“电脑”的核算机科学,让核算机运转机器学习算法;

另一种是支撑脉冲神经网络的神经形状芯片,根据研讨“人脑”的神经科学,无限仿照人类大脑。

尽管同为“人工智能”,它们却“鸡同鸭讲”不能沟通,这是由于两种AI“大脑”的渠道各不相同、且互不兼容。

而“天机芯”却能把这两类本来互不兼容的人工智能芯片融为一体,成为国际首款“异构交融类脑芯片”。这种交融技能有望完结人向人脑,觅“天机”| 登上《天然》封面的清华天机芯怎么炼成?工通用智能(AGI)。原则上,人工通用智能渠道能够履行人类能够完结的一切使命。

“咱们7年前开端组队做这项研讨,现在取得了开始效果。用类脑核算支撑人工通用智能的开展,然后赋能各行各业,这是咱们整个研讨的愿景。”研讨团队负责人、清华大学精密仪器系教授施路平说。

听起来很“秀”对不对?

让咱们来看看“天机芯”为啥这么“秀”!

自行车“成了精”?

用于展现“天机芯”功用的渠道,是在清华大学东区操场上撒欢的一辆自行车。这是一辆无人驾驶的真自行车。

试验中,无人自行车能够辨认语音指令、完结自平衡操控。“向左转”、“直行”、“加快”……研讨人员在邻近宣布的种种语音指令,自行车逐个听懂并照做。它还能够自行跳过路面的小凸起,不会失去平衡而跌倒。

自行车能听懂并履行左转口令。

自行车听取并履行直行、加快口令。

无人自行车还能对前方行人进行勘探和盯梢,并主动避障。这表现了它的动态感知、方针勘探、盯梢、过障、自主决议计划等才能。

自行车的主动追寻。

自行车的主动避障。

自行车“成了精”?不,这仅仅由于它配上了“天机芯”大脑。

“天机芯”之外,这款自行车还装备了惯性丈量单元传感器、摄像头、麦克风,刹车电机、转向电机、驱动电机等致动器,以及操控渠道、核算渠道等处理渠道。

“装备了人工智能芯片后,这可能是最接近独立思考的主动行进自行车。”这是美国《纽约时报》的谈论。

“这些功用中,语音辨认、视觉追寻,是受脑启示的模型;方针勘探和运动操控,是机器学习算法;而自主决议计划则是一个两者混合的模型。”研讨团队成员邓磊说。他在清华大学读博士期间的课题便是这个,做了好几年,现在已去美国加州大学圣塔芭拉拉分校做博士后。

读者们不用忧虑家里的自行车哪天遽然成了精,由于清华大学类脑核算研讨中心并不计划卖自行车,他们的无人自行车仅仅用来“秀”芯片的。

试验阶段,应开发什么渠道来展现芯片功用?

要掩盖感知、决议计划、履行的完好使命。

要能与实际环境交互的实在演示体系。

演示体系有必要安全可控,能够重复试验。

体系对处理芯片有功耗和实时性要求,能表现芯片优势。

“咱们要做一个小型的类脑核算渠道,自行车便是咱们的终究考量效果。”邓磊说。

这是全球第一辆主动驾驶自行车吗?(谷歌3年前搞的那次愚人节打趣当然不算!)

听说不是,由于康奈尔大学也正在做一个无人自行车项目。

但这肯定是国际上第一辆既向人脑,觅“天机”| 登上《天然》封面的清华天机芯怎么炼成?有“电脑”思想又有“人脑”思想、有近乎“独立思考”才能的自行车。

自行车上,一块“天机芯”能够一同运转5种不同神经网络:用于图画处理和物体检测的CNN,用于语音指令辨认的SNN,用于人类方针盯梢的CANN,用于姿势平衡和方向操控的MLP,用于决议计划操控的混合网络。芯片采纳众核架构和恣意路由拓扑,自由地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讯,终究就让人们看到了这辆能够顺利完结各种使命的“成了精”的自行车。

怎么窥视“天机”?

交融芯片的优势在哪?

以运动的视频剖析才能为例。彻底选用深度学习技能,需根据每一帧去处理,耗能大、价值高,且数据量大、受传感器带叶县天气预报宽约束会呈现卡顿。而彻底用神经形状技能处理,数据量降下来了,耗能小,但处理正确率又低了,简略犯错。“咱们的芯片把两种模态结合一同处理,就能够很好地到达价值和功用的平衡向人脑,觅“天机”| 登上《天然》封面的清华天机芯怎么炼成?。”邓磊说。

两种形式的功耗相差能够到达什么程度?

人脑功耗约20瓦,而据IBM测算,实时仿照人脑需求300多台银河2号一同作业。“银河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个亿。

为什么挑选交融之路?

“从未来看,人工通用智能是一个必然趋势,并且人工通用智能能够赋能各行各业。”施路平介绍,现有的人工智能是专有人工智能,一个问题一个处理办法,只需满意条件,比方说有足够的大数据和确认的问题,现在的体系都能够做得很好。但现有人工智能难以处理含糊问题,也不能跨界处理问题。比方下围棋能赢国际冠军的阿尔法狗,做不出阅览了解题。

与之相对的,是能处理视觉、听觉、学习、推理等多种使命,具有触类旁通、融会贯通的才能的“人工通用智能”。开展人工通用智能,是人工智能学界一向在尽力的方向,国内外许多安排都在做。

“咱们以为未来是个交融架构,不会扔掉现在的核算机体系,而是做改善。”施路平说,现有的两种开展人工智能的办法,别离根据电脑思想和人脑思想,两种办法各有优缺点,但团队研讨比照后发现,二者都代表了人脑处理信息的部分形式。“所以咱们产生了主意,把两者有机交融起来。这是咱们研讨作业的主体思想。”

主动行进自行车演示渠道。

交融面对哪些应战?

“最大的应战不是来自科学技能,而在于咱们的学科散布过细不利于处理这样的复杂问题。所以咱们以为,多学科深度交融是处理问题的要害。多学科交融能把电脑思想和人脑思想的优势结合起来,协助咱们开展人工智能。”施路平介绍,清华大学类脑核算研讨中心由校内7家院系所联合组成,交融了脑科学、电子、微电子、核算机、主动化、资料以及精密仪器等学科,建立之初,就瞄准了根据天机系列芯片的类脑体系的研制。

团队成员、清华大学精密仪器系副研讨员裴京说:“像咱们这样能安排起7个院系、各行业专家一同研讨的团队,全国际仍是不多。到清华来跟咱们沟经过的国际团队,都以为咱们是研讨类脑核算的一个最成功的形式。”

人工智能的研讨纷繁复杂,部队组好后,往哪儿打?

施路平叙述了他多年前爬山走失的故事。

施路平刚开端研讨类脑核算时,曾因缺少相关文献而苦恼。在无人处怎么寻觅路途?有一次爬山,他脱离大路随意乱走,走失后经过太阳确认方向,沿着一个方向走出大山。

“可见,在一条历来没有人走过的路上,怎么寻觅方向是非常重要的。”施路平说,脑科学是一个金矿,天然界的通用智能体系只要人脑,向“人脑”觅“天机”,从脑科学的最新研讨效果中找方向标,就成为一个必然挑选。

开发通用人工智能的交融途径。(论文配图)

国画大师齐白石有句名言:“学我者生,似我者死。”

施路平团队的类脑研讨,与简略仿照大脑结构的仿脑还不相同。

类脑跟仿脑起点不相同。仿脑是尽可能拷贝跟脑相同的结构,在此结构上发挥新的核算功用。而类脑研讨是要处理人工智能的时空复杂度、相关泛化才能、能效等问题,假如从人脑研讨中发现了能够处理这些问题的长处,不管是结构上的长处,仍是信息运转形式上的长处,施路平团队都会学习参阅,看看能不能放到天机芯的体系架构中去。

“类脑是学习,不是简略仿照,是神似,而不是形似。咱们在学习的过程中,对脑、智能都有了越来越深的了解。”施路平说。

未来的“天机芯”国际

“天机芯片是到现在为止,咱们研讨出来的最完美效果。但这并不意味着通用智能体系现已完结,这仅仅一个开始效果。”施路平说,团队将在研制中对产品逐步迭代,直至迫临人工通用智能,不会一蹴即至。

现在,“天机芯”已研制到第三代。

2015年面世的第一代“天机芯”110纳米,仅仅个小样(DEMO);

2017年制成的第二代“天机芯”28纳米,由156个功用中心FCore组成,包括约4万个神经元和1千万个突触。这也是登上本次《天然》封面文章的芯片。与当时国际先进的IBM的TrueNorth芯片比较,二代“天机芯”功用更全、灵活性和扩展性更好,密度进步20%,速度进步至少10倍,带宽进步至少100倍。

天机芯片的55阵列扩展板。

“下一代芯片将是14纳米或许更小。”裴京介绍,第三代芯片功用比第二代强壮许多,有望在明年初完结研制。

商业化运用也现已提上日程。

论文署名作者中,有两位上任于北京灵汐科技有限公司。这是从清华大学向人脑,觅“天机”| 登上《天然》封面的清华天机芯怎么炼成?类脑核算研讨中心孵化出的高科技企业,第三代天机芯片正在由两边联合研制。公司还开展了根据天机芯体系的东西链,在芯片上市后,运用开发的工程师们能够运用这些东西开宣布所需运用。

“运用方面,咱们首要考虑处理通用问题,给咱们供给渠道。”裴京说。

从无人自行车的试验看,“天机芯”上市后,彻底能够运用于主动驾驶轿车和智能机器人中。而从长远来看,以“人工通用智能”为方针的“天机芯”,假如真能完结自己的抱负,它将“无所不能”,可用于各行各业。由于“通用人工智能”,便是你和你的大脑能做的任何事情,都让机器学会去做。

电脑可否逾越人脑?

“电脑早就在向人脑,觅“天机”| 登上《天然》封面的清华天机芯怎么炼成?某些方面逾越了人脑,比方记住快记住准,算得快算得准,对核算机来讲都是小儿科。但现在在许多智能层次,自主学习、含糊推理等许多范畴,核算机和人脑仍是有相当大的间隔。类脑核算能够缩小它们的距离。”施路平以为,核算机的特点是一向行进从不让步,因而逾越人脑的范畴将会越来越多,但咱们不用因而惧怕它的开展。“要用人类的才智来标准人工智能的开展,让它服务于人类。”

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