寒武紀(jì)AI，有什么神奇之處呢

大約6億年前在地質(zhì)學(xué)上被稱作“寒武紀(jì)”的時(shí)代，大量無脊椎動(dòng)物在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)“生命大爆發(fā)”。如今，“寒武紀(jì)”這個(gè)名字再次被人們提及，它源自中科院計(jì)算所研發(fā)的人工智能芯片處理器的命名，意喻人工智能即將迎來大爆發(fā)的時(shí)代。

“寒武紀(jì)”8月獲得了阿里巴巴領(lǐng)投的1億美元融資，成為估值超過10億美元的智能芯片領(lǐng)域獨(dú)角獸公司。創(chuàng)始人陳云霽、陳天石兄弟倆也因此“一鳴驚人”，躍入公眾視野。

目前寒武紀(jì)終端處理器IP產(chǎn)品已衍生出1A、1H等多個(gè)型號，在未來數(shù)年，全世界有數(shù)億終端設(shè)備可望通過集成寒武紀(jì)處理器，來獲得強(qiáng)大的本地智能處理能力。

陳云霽的目標(biāo)是，讓人工智能芯片計(jì)算效率提高一萬倍，功耗降低一萬倍。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，除了借助資本壯大快速發(fā)展自己，還需要陳云霽與陳天石倆兄弟繼續(xù)長期以來的“雙劍合璧”。

把AlphaGo裝進(jìn)手機(jī)

在8月底的中科院舉辦的一場名為“探索者”的創(chuàng)新大會上，哥哥陳云霽現(xiàn)身，和他同臺的不乏德高望重的老院士，其中包括中科院生物物理研究所、上海生科院神經(jīng)科學(xué)研究所研究員郭愛克院士，以及量子衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科大教授潘建偉院士。

陳云霽身穿印有寒武紀(jì)字樣的白色圓領(lǐng)T恤，一身休閑的裝扮，和硅谷的創(chuàng)業(yè)者并無兩樣。他腰間掛著工卡和鑰匙，手里抱著電腦，一看就是不折不扣的理工男。中科大地球空間科學(xué)學(xué)院教授孫立廣幫著解釋道：“云霽是典型的科大人，他這身打扮不是不重視，科大人都是那么穿的，所以你們不要怪他。”

陳云霽以“制造機(jī)器大腦”作為他演講的標(biāo)題。這位早在2015年就入選《麻省理工科技評論》35歲以下的全球最佳35名創(chuàng)新人士的“天才少年”說道：“公司未來想實(shí)現(xiàn)的是讓人工智能芯片計(jì)算效率提高一萬倍，功耗降低一萬倍。這意味著我們可以把AlphaGo這樣的東西放到手機(jī)里，讓手機(jī)幫助我們做各種各樣的事情，甚至通過長期的觀察和學(xué)習(xí)，真正實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的智能。”

之所以稱其為“天才少年”，是因?yàn)殛愒旗V9歲就開始上中學(xué)，14歲進(jìn)入科大少年班。弟弟陳天石也基本上沿襲了哥哥的成長路徑。“我畢業(yè)后一直是做芯片的，我弟弟一直是做算法的，芯片加算法，就正好誕生了‘寒武紀(jì)’的人工智能芯片。”陳云霽告訴記者。

陳云霽是江西南昌人，父親是電力工程師，母親是歷史老師。這也培養(yǎng)了兄弟兩人“文理兼?zhèn)?rdquo;的特點(diǎn)。陳云霽癡迷歷史，特別愛看書，不管是工程類的，還是歷史方面的。如今已經(jīng)是雙胞胎的父親的陳云霽認(rèn)為，對于孩子來說，興趣非常重要。

陳云霽愛打游戲。他頗為得意地告訴記者，自己大學(xué)本科主要“從事”《星際爭霸》。但是也是在游戲中，陳云霽獲得了芯片的靈感。他表示，非常樂于見到Facebook和谷歌的DeepMind等AI巨頭訓(xùn)練機(jī)器，挑戰(zhàn)《星際爭霸》的人類玩家。AI研究者現(xiàn)在可以使用開放工具構(gòu)建自己的模型，來應(yīng)對《星際爭霸》的技術(shù)挑戰(zhàn)。

在創(chuàng)立寒武紀(jì)前，陳云霽在大學(xué)的最后一年，就參與了中國第一塊通用CPU芯片龍芯1號的研制項(xiàng)目，這對他來說是一個(gè)光榮又難得的機(jī)會。

2002年，他如愿以償來到了中科院計(jì)算所，跟隨胡偉武研究員碩博連讀，成為當(dāng)時(shí)龍芯研發(fā)團(tuán)隊(duì)中最年輕的成員。博士畢業(yè)后，他留在了計(jì)算所。25歲時(shí)，陳云霽就已經(jīng)成為8核龍芯3號的主架構(gòu)師。

中科院計(jì)算所為中國計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界培養(yǎng)了大量高技術(shù)人才，走出了聯(lián)想、曙光等一批高技術(shù)企業(yè)，也是寒武紀(jì)科技的重要股東和產(chǎn)學(xué)研長期合作伙伴。聯(lián)想創(chuàng)始人柳傳志就曾是中科院計(jì)算所的一位研究員，后來他把其中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室變成了聯(lián)想的前身。聯(lián)想盈利后，對計(jì)算所的回饋非常大，還幫計(jì)算所建了新大樓。

從“龍芯”到“寒武紀(jì)”，陳云霽和陳天石瞄準(zhǔn)了人工智能的生態(tài)布局。他曾這樣解釋自己的靈感來源：“人的大腦是已知世界中最智能的物體。如果能把大腦中神經(jīng)元和突觸數(shù)字化抽象出來，這樣的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)某種程度上可能就繼承了人腦對信息的處理能力。”

不過雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是智能處理的好方法，但目前通用處理器功耗高、效率低也阻礙了人工智能芯片發(fā)展。陳云霽解釋道：“如果要用通用處理器搭建一個(gè)人腦規(guī)模突觸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可能需要建一個(gè)電站來給它供電。AlphaGo下一盤棋動(dòng)用了1000個(gè)CPU和200個(gè)GPU，每分鐘的電費(fèi)就高達(dá)300美元，而網(wǎng)絡(luò)規(guī)模只有人腦的千分之一。”

寒武紀(jì)AI芯片恰恰解決了這一問題——它能在計(jì)算機(jī)中模擬神經(jīng)元和突觸的計(jì)算，對信息進(jìn)行智能處理，還通過設(shè)計(jì)專門存儲結(jié)構(gòu)和指令集，每秒可以處理160億個(gè)神經(jīng)元和超過2萬億個(gè)突觸，功耗卻只有原來的十分之一，未來甚至有希望把整個(gè)AlphaGo的系統(tǒng)都裝進(jìn)手機(jī)。

在陳云霽看來，制造出具備人類的智能的機(jī)器大腦，意味著人類將從繁瑣的體力勞動(dòng)和簡單的腦力勞動(dòng)中解放出來，而聚焦到創(chuàng)造性的活動(dòng)中。這對于擁有一對雙胞胎的陳云霽來說，可謂是能夠解決眼下的燃眉之急。

中科院上海生命科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所仇子龍向陳云霽調(diào)侃道：“如果有了你所期待的機(jī)器大腦，對你來說最開心和最不開心的事情是什么?”陳云霽幽默地回應(yīng)道：“最開心的事情是有人幫我?guī)Ш⒆恿耍畈婚_心的事情，是自己沒孩子帶了。”

制造“機(jī)器大腦”

潘建偉院士問陳云霽：“既然機(jī)器能快速學(xué)習(xí)，那能不能直接把機(jī)器學(xué)到的東西復(fù)制進(jìn)人腦?如果一臺機(jī)器經(jīng)過訓(xùn)練學(xué)到的東西，能不能復(fù)制到其他大量的機(jī)器中?”

對此，陳云霽表示，科學(xué)家現(xiàn)在在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片中操縱的是虛擬的神經(jīng)元，而不是真實(shí)的神經(jīng)元，要將數(shù)據(jù)拷貝進(jìn)人腦，目前還實(shí)現(xiàn)不了。不過，現(xiàn)在完全能夠把一臺已經(jīng)學(xué)習(xí)過的機(jī)器復(fù)制到其他的機(jī)器中，而且這種復(fù)制的成本較低，是比較可行的節(jié)省成本的方法。

此外，針對特斯拉創(chuàng)始人馬斯克近期提出的“人工智能和人類的共生體”(AI-humansymbiote)，陳云霽認(rèn)為，這種“人腦的數(shù)字化擴(kuò)展”的外部設(shè)備現(xiàn)在還很難做到。他對表示：“這在技術(shù)上還非常難，現(xiàn)在人類只能復(fù)制大腦中一些比較粗淺的信息。”但是展望未來十年腦機(jī)接口的發(fā)展，他表示：“這倒有可能，現(xiàn)在很多人都在做這方面的嘗試。”

對于人工智能未來發(fā)展的路徑，陳云霽和陳天石都認(rèn)為，隨著社會逐漸從信息時(shí)代過渡到智能時(shí)代，人工智能芯片將是支撐智能計(jì)算不可或缺的載體。復(fù)雜的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算需求很高，需要有更多更強(qiáng)大的計(jì)算資源。

GPU是作為目前主流的人工智能計(jì)算平臺，由于其基本框架結(jié)構(gòu)并不是為人工智能所設(shè)計(jì)的，因此效率受到很多限制。而FPGA雖然迭代快，但從計(jì)算速度和能耗比來說，和專用的人工智能芯片相比仍然有差距。陳天石在近期接受采訪時(shí)透露：“目前還有很多公司和高校也在引用跟蹤我們前期的成果，研制深度學(xué)習(xí)專用的ASIC，比如谷歌TPU。”

他說道：“上個(gè)世紀(jì)以來，美國信息技術(shù)快速發(fā)展，涌現(xiàn)出Intel為代表的一系列偉大的芯片公司，驅(qū)動(dòng)人類社會從工業(yè)時(shí)代過渡到信息時(shí)代。近年來，隨著人工智能技術(shù)和腦科學(xué)的加速發(fā)展，以智能手機(jī)、智能駕駛、智能制造和機(jī)器人為代表的智能技術(shù)開始逐漸成熟。人類社會正處于從信息時(shí)代到智能時(shí)代的拐點(diǎn)，芯片的使命將從信息時(shí)代的計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)橹螜C(jī)器智能。而寒武紀(jì)正是能夠擔(dān)當(dāng)起這一光榮使命的公司。”

不過英偉達(dá)一位專業(yè)人士表示：“寒武紀(jì)和英偉達(dá)的芯片沒有很強(qiáng)的可比性，因?yàn)樗菫閷ｉT目的而設(shè)計(jì)的集成電路(ASIC)，就好像谷歌的TPU芯片就是為Tensor-flow設(shè)計(jì)的，會有局限性。而英偉達(dá)的GPU具有更大的寬展性，能根據(jù)不同的應(yīng)用需要編程，為不同的算法優(yōu)化，也能經(jīng)得起技術(shù)升級的考驗(yàn)等。”

事實(shí)上，由于定制化、低功耗等好處，ASIC正在被越來越多地采用。以目前火爆的比特幣“挖礦”為例，過去都是采用英偉達(dá)的芯片，但是英偉達(dá)的GPU有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，就是耗電非常大，“礦工”需要為此支付高昂的電費(fèi)，這筆費(fèi)用會稀釋他們的利潤。為此，比特幣“礦工”開始越來越多轉(zhuǎn)向ASIC專用集成電路，這是寒武紀(jì)這類公司的機(jī)會所在，另一方面也是對英偉達(dá)GPU的威脅。

踏上商業(yè)化征程

人工智能當(dāng)前迅速發(fā)展，很大程度上得益于深度學(xué)習(xí)帶來的提升。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)意味著龐大的計(jì)算量，快速迭代需要提速。而作為人工智能和新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片，除了目前集成了百萬神經(jīng)元的IBM類腦芯片TrueNorth，寒武紀(jì)的人工智能芯片DianNao也被列為先進(jìn)的芯片之一。

但是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片要走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入市場應(yīng)用并不容易。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之父、Facebook人工智能實(shí)驗(yàn)室(FAIR)主人YannLeCun就曾對IBMTrueNorth發(fā)表消極評論。

對此，陳云霽兩年前接受采訪時(shí)就表示，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器處于“春秋戰(zhàn)國”時(shí)期，這個(gè)新興領(lǐng)域和通用CPU不一樣，不存在太多歷史積累上的差距。“相反深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器中國做得還是最早的，完全有領(lǐng)先的可能性。”陳云霽說道。

9月2日，華為在德國IFA展上重磅發(fā)布全球首款麒麟970移動(dòng)計(jì)算平臺。雖然沒有公開宣布，但其背后的AI芯片就是來自寒武紀(jì)。華為一名高層向第一財(cái)經(jīng)記者表示，華為海思和寒武紀(jì)確實(shí)是在合作開發(fā)。另有媒體爆料，麒麟970整合NPU(NeuralProcessingUnit，神經(jīng)處理單元)的構(gòu)想早在五年前就已經(jīng)開始醞釀。

針對與華為的合作，陳云霽雖然沒有正面回答問題，但弟弟陳天石曾透露了寒武紀(jì)芯片的市場商業(yè)化推進(jìn)：“主要是兩方面：一是終端，二是云端。終端產(chǎn)品就是手機(jī)、智能眼鏡、手環(huán)等，需要芯片去識別圖像、影音和文字。而在云端，像科大訊飛、曙光這樣知名的云端客戶，都已經(jīng)是寒武紀(jì)的客戶。”

而陳云霽則坦言：“智能發(fā)展到現(xiàn)在，算法上的進(jìn)步很多，也能解決很多實(shí)際應(yīng)用中的問題，比如模式識別。但這和人們所期望的振奮人心的智能還存在很大的距離。”不過他認(rèn)為，硬件的研究，尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片，對于人工智能進(jìn)步，尤其是對于高級智能能力的實(shí)現(xiàn)，會有關(guān)鍵的作用。

寒武紀(jì)有一個(gè)非常洋氣的英文名字，叫Cambricon。但是相比來說，寒武紀(jì)芯片的名字卻是以非常直白的拼音DianNao來命名代號，讀起來就是中文拼音的“電腦”，有這個(gè)接地氣的名字，還要感謝一位法國人。

陳云霽表示，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器這個(gè)課題是個(gè)中法合作項(xiàng)目，最初他們想起一個(gè)類似于“Electricmachine”或者“ElectricBrain”的英文名字。但是當(dāng)時(shí)團(tuán)隊(duì)里一位法國人，來自法國國家信息與自動(dòng)化研究所(Inria)的研究員OlivierTemam就向他們建議稱，與其取一個(gè)平淡的英文名字，還不如反其道而行用中文的拼音來命名，這樣對外國人來說是“外語”，他們反而會覺得十分“洋氣”。

令人驚訝的是，寒武紀(jì)團(tuán)隊(duì)成員的平均年齡只有25歲，但是他們中的大多數(shù)人都已是芯片設(shè)計(jì)開發(fā)和人工智能研究的“老司機(jī)”了。很多骨干成員在校期間已開始從事相關(guān)領(lǐng)域的工作。

咨詢公司的預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，到2025年，與人工智能相關(guān)的深度學(xué)習(xí)芯片組市場收入，將由去年的5億美元飆升至122億美元的規(guī)模，復(fù)合年均增長率超過40%。

“智能時(shí)代遲早要到來。”陳云霽表示，“每個(gè)時(shí)代都有其核心的物質(zhì)載體，比如工業(yè)時(shí)代的蒸汽機(jī)、信息時(shí)代的通用CPU，智能時(shí)代也將會出現(xiàn)這個(gè)核心載體。”