發(fā)布會活動現(xiàn)場，清華計算機系研究員張悠慧在介紹研究成果。澎湃新聞記者程婷 圖

北京時間10月14日，清華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系張悠慧團隊、精密儀器系施路平團隊與合作者在《自然》（Nature）雜志發(fā)表論文《一種類腦計算系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)》，首次提出“類腦計算完備性”概念以及軟硬件去耦合的類腦計算系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)。

當(dāng)天，澎湃新聞（m.nxos.com.cn）在清華大學(xué)類腦計算研究成果發(fā)布會上了解到，類腦計算處于起步階段，國際上尚未形成公認(rèn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與方案，這一成果填補了完備性理論與相應(yīng)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)方面的空白，利于自主掌握新型計算機系統(tǒng)核心技術(shù)。

這項成果表明，類腦計算系統(tǒng)也可以支持通用計算，將極大地擴展類腦計算系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，也使類腦計算軟硬件各自獨立發(fā)展成為可能。

提出“類腦計算完備性”概念為何重要？

類腦計算，是借鑒生物神經(jīng)系統(tǒng)信息處理模式和結(jié)構(gòu)的計算理論、體系結(jié)構(gòu)、芯片設(shè)計以及應(yīng)用模型與算法的總稱。

關(guān)于其重要性，歐盟人腦旗艦研究計劃項目所指出：“在未來10到20年內(nèi)，誰要引領(lǐng)世界經(jīng)濟，誰就必須在這個領(lǐng)域領(lǐng)先?！?/p>

但近年來類腦計算領(lǐng)域在飛速發(fā)展的同時，卻缺乏對此類基礎(chǔ)問題的研究。為此，清華研究團隊提出了“類腦計算完備性”（也稱為神經(jīng)形態(tài)完備性）概念，并且設(shè)計了相應(yīng)的類腦計算機層次結(jié)構(gòu)，進行了理論驗證。

“通俗來講，‘完備性’可以回答系統(tǒng)能夠完成什么、功能邊界在哪里等問題。研究完備性，可以為軟硬件系統(tǒng)的解耦合、劃分不同研究領(lǐng)域間的任務(wù)分工與接口提供理論基礎(chǔ)，我們的研究聚焦完備性理論研究，先回答基本的問題?！鼻迦A計算機系研究員張悠慧說。

對于該項成果，《自然》雜志的一位審稿人評價，“這是一個新穎的觀點，并可能被證明是神經(jīng)形態(tài)計算領(lǐng)域以及對人工智能的追求的重大發(fā)展”。計算機體系結(jié)構(gòu)專家、華中科技大學(xué)計算機學(xué)院教授金海評價此項研究“在類腦計算系統(tǒng)領(lǐng)域做出了基礎(chǔ)性、原創(chuàng)性的貢獻，有利于自主掌握新型計算系統(tǒng)軟硬件核心技術(shù)”。

此次論文的共同第一作者為清華計算機系研究員張悠慧、博士后渠鵬、博士生季宇、精儀系博士生張偉豪。共同通訊作者為張悠慧與施路平教授。 

類腦計算機層次結(jié)構(gòu)(左)與現(xiàn)有通用計算機（右）的對比。清華大學(xué)供圖

第三代天機芯以及新型類腦計算機正在開發(fā)

此次也是清華大學(xué)計算機系以第一完成單位/通訊單位發(fā)表的首篇《自然》論文，并完成了清華大學(xué)一年多以來在《自然》正刊的類腦計算領(lǐng)域“三連發(fā)”。在此之前，清華在類腦計算領(lǐng)域“天機芯”和“多陣列憶阻器存算一體系統(tǒng)”相關(guān)成果分別在《自然》正刊發(fā)表。

清華于2014年9月創(chuàng)立由7家院系聯(lián)合而成的類腦計算研究中心，精儀系施路平教授擔(dān)任中心主任。

2015年6月，清華第一代天機芯成功流片，該芯片首次將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行異構(gòu)融合，同時兼顧技術(shù)成熟并被廣泛應(yīng)用的深度學(xué)習(xí)模型與未來具有巨大前景的計算神經(jīng)科學(xué)模型。

去年8月1日，《自然》封面文章展現(xiàn)了第二代天機芯成果，該成果具有高速度、高性能、低功耗的特點。這一成果被兩院院士選為2019年中國十大科技進展、科技部中國十大科學(xué)進展。

目前，該中心正在開發(fā)第三代天機芯以及新型類腦計算機。

研究團隊負責(zé)人表示，團隊將堅持計算機科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)融合的技術(shù)路線，并充分利用新型非易失性存儲器件（包括憶阻器）的特殊性質(zhì)，發(fā)展適合這些器件的新的計算模型和算法，構(gòu)建完全新型的智能計算體系。