灵汐科技 清华大学研发“类脑计算机” 填补科技领域空白

北京时间10月14日，清华大学计算机科学与技术系张团队、精密仪器系石团队及其合作者在《自然》杂志发表论文，首次提出“类脑计算的完备性”和软硬件解耦的类脑计算系统的层次结构。这是清华大学计算机科学系作为第一完成单位/通讯单位发表的第一篇《自然》论文，也完成了清华大学出版《自然》一年多的类脑计算领域的“连续三期”。

图:天体芯片驱动的自动驾驶自行车

该成果被两院院士评选为2019年中国十大科技进步和科技部中国十大科学进步。《自然》主编史奇普博士在2019年接受新华社专访时指出，“清华关于天玑芯片的论文结合了人工智能领域的计算机科学研究和神经科学研究，是人工智能领域的重要里程碑”。

目前，该中心正在开发第三代天体运动和一种新型类脑计算机。基于现有天体芯片的天脑计算机已在2020年第一期《人工智能》杂志上报道——它解决了与传统计算架构兼容的异构融合类脑计算系统集成技术等一系列问题，是一个能满足类脑智能应用需求的通用类脑计算系统，主要包括系统架构、类脑处理器单元、软件工具链、输入输出子系统、类脑计算机加载测试环境等。第一代原型可以为36个异步视频输入执行1000帧/秒。

“第二代天体运动是我们研究所依赖的代表性类脑计算的主要平台之一。从目前的数据来看，我们研究的理论成果、系统架构以及相关的工具链实现方法，可以支撑第三代天体运动和新型类脑计算机的研发。”该论文的第一作者、计算机科学系博士后曲鹏说。

同时，学校重视大脑类计算的产业化。类脑计算中心孵化的北京凌曦科技有限公司，是国内领先的类脑芯片公司，北京市认定的颠覆性创新企业，国家高新技术企业。完成了多个类脑芯片、异构编译平台和类脑融合算法的研发，处于该领域研究和产业化的前沿。

面对黄金十年即将到来的计算机体系结构发展，类脑计算被认为是最有前途的解决方案之一。清华大学团队提出的类脑计算系统的设计思路是在现有计算机架构的基础上增加类脑计算芯片，从而引入空和时间空之间的复杂度。这样既能保持原计算机处理结构化信息的优势，又能像计算芯片一样利用大脑提高处理非结构化信息的能力。团队将坚持计算机科学与神经科学融合的技术路线，充分利用新型非易失性存储器件的特殊性质，开发适合这些器件的新计算模型和算法，构建全新的智能计算系统。

图灵机是英国数学家艾伦·图灵在1936年提出的关于可计算数的抽象计算模型，并应用于entscheidungssproblem问题。图灵机的基本思想来源于纸笔数学运算的核心操作:记录/修改符号，在符号之间转移注意力。

从逻辑上讲，图灵机由一个无限存储带和一个读/写头组成。存储带被分成连续的网格，其中可以存储字符，而读/写头可以从一个网格移动到另一个网格，并修改网格的内容。控制读/写头移动的“程序”通常被描述为有限状态机。

图灵机被认为是现代计算机设计和算法的源头和基石，围绕图灵机诞生了一系列重要的计算理论，其中就包括图灵完备性:如果任何逻辑系统具有与一般图灵机相当的计算能力，那么这个系统就是图灵完备性。丘奇-图灵论文认为，所有的计算和算法都可以由图灵机来执行。因此，图灵完备性可以被认为是定义了当前计算机能够达到的能力极限。

冯·诺依曼架构是美国匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出的处理器架构模型。一般来说，冯·诺依曼架构将处理器分为控制器、算术单元、存储结构、输入输出设备等。，这是通用计算机硬件设计的范例。