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清华大学的这辆自行车“成精”了!

2019-8-4 8:12:41 来源:新华社电、《中国日报》

        8月1日,清华大学研制出的一款自行车登上了最新一期全球顶尖期刊《自然》杂志(Nature)的封面! 

 

  这辆无人自行车可实时感知周围环境。它可以在跟随前方试验人员的同时自动进行避障操作。装上芯片后,自行车可以根据语音指令、视觉感知的反馈产生实时信号,从而对电机进行控制,以达到保持平衡,改变行进状态。 

 

  自行车为什么这么“听话”?吃了“仙丹”?别说,还真是。而且清华大学科学家研制的“仙丹”还是中国制造、全球首款。 

 

  科学家团队在自行车内部装了一款名叫“天机”(Tianjic)的人工通用智能芯片。 

 

  这是一款中国自主研制的芯片,更是全球首款异构融合类脑芯片。 

 

  据悉,凭借这项研究,施路平团队实现了中国在芯片和人工智能两大领域Nature杂志论文零的突破。 

 

  该研究团队的领导者是清华大学精密仪器系教授、类脑计算中心主任施路平,成员来自清华大学、北京灵汐科技、北京师范大学、新加坡理工大学和加州大学圣塔芭芭拉分校等科研机构。

这辆成“精”的自行车可实现自我平衡(视频截图)

 

  七年,磨出一颗中国“芯” 

 

  历时7年,施路平教授带领的团队,“打磨”出了中国人自己的通用人工智能(AGI)芯片——“天机芯”。

 

  “天机芯”作为一款新型计算机芯片,可用于实时物体检测、跟踪、语音识别、避障和平衡控制,是世界首款异构融合类脑芯片,也是世界上第一个既可支持脉冲神经网络又可支持人工神经网络的人工智能芯片。 

 

  据Nature报道,当前,人工智能芯片发展有两大主流方向,一种是以神经科学为基础,试图建构模拟大脑的电路;另一种以计算机科学为基础,通过计算机来执行机器学习算法。 

 

  然而,由于算法和模型的差别,当前人工智能芯片均只支持人工神经网络或脉冲神经网络,难以发挥计算机和神经科学两个领域的交叉优势。 

 

  但“天机芯”与以往的研究不同。 

 

  施路平教授表示,“我们做的是类脑(研究),是借鉴脑科学的基本原理,凝练出一些指导计算架构发展的新规律。” 

 

  在此基础上,该团队提出了符合脑科学基本规律的新型类脑计算架构——异构融合的天机类脑计算芯片架构,可通过资源复用,只需3%的额外面积开销即可同时运行计算机科学和神经科学导向的绝大多数神经网络模型,支持异构网络的混合建模,形成时空域协调调度系统,发挥它们各自的优势,既能降低能耗,提高速度,又能保持高准确度。 

 

  也就是说,“天机芯”能将两种运作方式集合在一个混合平台中。它具有多个功能核心,可轻松实现重新配置,使其能同时运行机器学习算法和大多数神经网络模型。

 

  “这只是非常初步的一个研究,但这项研究或能为面向人工通用智能计算平台的进一步发展起到促进作用。”施路平表示。 

 

  据一家专注于人工智能的网站Synced Review报道,“天机芯”关键创新之处在于其统一的功能核(FCore)。该功能核结合了人造神经网络和生物网络的基本构建基块——轴突、突触、树突和胞体。

 

  “天机芯”采用28纳米工艺制程打造,由156个功能核组成,包含约4万个神经元和1千万个突触,其大小为3.8×3.8平方毫米。 

 

  研究团队还展示了“天机芯”与GPU相比较的优越性:“天机芯”的吞吐量比 GPU 高1.6-100倍,能效提高12-10000倍。

 

  自行车虽小,“五脏”俱全

 

  Nature在对该研究的介绍中肯定了“天机芯”应用于无人驾驶自行车的试验。

 

  研究人员将芯片安装到无人自行车,来证明该芯片的强大功能和潜力。这款无人自行车能自我平衡,具有声控功能,可探测并避开障碍物。这都是“天机”芯片能同时处理多种算法和模型的强大功能。

 

  Synced Review报道称,这款搭载“天机芯”的无人自行车系统,还装备了IMU传感器、摄像头、转向电机、驱动电机、调速电机和电池等,使其能执行实时目标探测、跟踪、语音命令识别、过障、自动避障、自平衡和自主决策等行为。

 

  研究团队开发了多种神经网络来完成每项任务。这些模型经过预先训练并编程到“天机芯”上,“天机芯”可并行处理这些模型,实现多种模型之间的无缝片上通信。
 

 

     施路平认为,人工通用智能芯片能够成功,多学科深度融合才是关键。

 

  研究团队介绍,他们希望“天机芯”可被用于无人驾驶汽车和智能机器人上。他们已经开始投入第二代芯片的研究,研发阶段预计会在明年初结束。

 

  反响

 

  美国科技界高度关注中国“天机芯”

 

  近日,中国科学家研制成功面向人工通用智能的新型类脑计算芯片——“天机芯”,并成功在无人驾驶自行车上进行了实验,引起美国科技界高度关注。

 

  8月1日,国际权威期刊《自然》杂志以封面文章形式发表了清华大学类脑计算研究中心施路平教授团队的相关论文。“天机芯”是一款新型人工智能芯片,把人工通用智能的两个主要研究方向,即基于计算机科学和基于神经科学这两种方法,集成到一个平台,可以同时支持机器学习算法和现有类脑计算算法。

 

  研究人员在一辆无人驾驶自行车上验证了这一芯片的能力。搭载“天机芯”的自行车,实现了实时视觉目标探测、目标追踪、自动过障和避障、自适应姿态控制、语音理解控制、自主决策等功能。

 

  美国《麻省理工学院技术评论》就此发表文章说,“天机芯”芯片成功在无人驾驶自行车上进行实验,显示了中国在芯片领域日益增长的专业能力,以及旨在优化人工智能算法的全新芯片设计方法的价值。文章说,中国科研人员展示了研制专业人工智能芯片的能力,体现了中国在提升自身芯片设计能力方面的重大进展。

 

  美国《纽约时报》刊文表示,配备了人工智能芯片后,这可能是“最接近自主思考的无人驾驶自行车”。文章说,这一项目使用新型芯片实现更高水平的人工智能,希望这样的芯片能在未来帮助实现当前无法做到的机器自动化水平。

 

  美国知名研究机构斯克里普斯研究所的专家埃里克·托波尔表示,“天机芯”的研发及其在无人驾驶自行车上的实验,成功展示了这种结合机器学习和类脑算法的混合设计,标志着人工智能发展进程中的重要时刻。综合新华社电、《中国日报》等报道