2017年12月12日晚七點，清華大學(xué)類腦計算中心主任施路平教授做客微電子學(xué)院主辦的“類腦芯片技術(shù)與應(yīng)用專題系列”科學(xué)前沿講座，為國科大的同學(xué)們帶來了關(guān)于“類腦計算基礎(chǔ)”的講座。

　　講座一開始，施路平教授就總結(jié)道，作為一名合格的科研工作者，必須明確并做好三件事——“why,what,how”。Why,即為什么去研究，是什么樣的動力和目標(biāo)驅(qū)動一個研究者關(guān)注并從事某項工作。What,即研究什么。在已有工作的經(jīng)驗和成果的基礎(chǔ)上，找到合適的研究方向。How,即怎么研究。根據(jù)實際，調(diào)整自身的知識結(jié)構(gòu)，找到一個高效的團隊，實現(xiàn)具體的想法。有關(guān)“類腦計算基礎(chǔ)”的講座，也是在這三點之上展開的。 

　　一．Why--類腦計算的源起

　　施路平教授表示，類腦計算的發(fā)展源自于人類在不斷擴張的數(shù)碼世界里面對的困境。眾所周知，馮諾依曼架構(gòu)主導(dǎo)的計算系統(tǒng)已經(jīng)面對許多挑戰(zhàn)。比如，存儲速度與運算速度不匹配，計算非結(jié)構(gòu)化信息時性能疲軟，驅(qū)動集成電路發(fā)展的物理微縮恐已走到盡頭。

　　在這種背景下，科學(xué)家漸漸將視線轉(zhuǎn)向了自然界最完美的計算工具——大腦。依托深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能風(fēng)暴自2006年開始刮起，并席卷了各個產(chǎn)業(yè)。比如無人車，AlphaGo,AlphaZero。然而，實現(xiàn)人工智能必須具備完整的大數(shù)據(jù)，規(guī)范且單一的問題，這在現(xiàn)實世界里幾乎不可能實現(xiàn)。用大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練出的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)極不穩(wěn)定。 

　　將計算機與人腦各自的優(yōu)勢結(jié)合，這正是類腦計算的樸素思想。科學(xué)家希望做出更符合神經(jīng)元形態(tài)的計算單元。計算科學(xué)和腦科學(xué)整合研究的神經(jīng)形態(tài)工程應(yīng)運而生。一方面，是以馮諾依曼架構(gòu)為起點的類腦研究，另一方面，是空間復(fù)雜度為起點的仿腦研究。

　　二．What——類腦計算的研究重點

　　類腦計算的研究基于三個層次。在核心芯片層面，要建立類腦信息處理的普適平臺；在操作系統(tǒng)層面，要引領(lǐng)類腦智能技術(shù)的發(fā)展方向；在應(yīng)用軟件層面，要防止信息產(chǎn)業(yè)空心化。

　　施路平教授列舉了幾款典型的類腦計算處理器，2016年面世的IBM-TrueNorth就是其中之一。TrueNorth類腦計算處理器基于脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN），模擬人類神經(jīng)元，并且采用了邏輯時鐘為1KHz這樣的低頻率來模擬毫秒級別生物上的脈沖，使得TrueNorth功耗很低。于此同時，TrueNorth的團隊建構(gòu)了配套的TrueNorth硬件系統(tǒng)，Compass軟件系統(tǒng)，Corelet高級頂層設(shè)計語言，Corelet模塊庫及編譯器和“多目標(biāo)探測及分類”的應(yīng)用實例。

　　除了TrueNorth之外，還有德國的Brain Scale,斯坦福大學(xué)推出的Neurogrid,德國研發(fā)的Brain Scale,英國研發(fā)的SpiNNaker等。這些工作為我國的類腦計算研究提供了研究方向。 

　　三．How——類腦計算的研究方案（清華大學(xué)類腦研究中心的工作）

　　作為清華大學(xué)類腦研究中心主任，也是中國腦計劃工程的首倡者和建立者，施路平教授為同學(xué)們介紹了類腦研究中心目前的工作狀況。

　　為了融合腦科學(xué)和計算機科學(xué)，中心的研究人員來自七個院系。其研究類腦研究的架構(gòu)從基礎(chǔ)學(xué)科，到核心技術(shù)和應(yīng)用。研究的理論，涉及大腦的工作機理，類腦計算系統(tǒng)架構(gòu)，人工通用智能架構(gòu)。類腦中心主要研究脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提出了異構(gòu)融合類腦計算的新方案。主要的成果是推出了一款神經(jīng)形態(tài)芯片——天機芯，建立了與之匹配的神經(jīng)形態(tài)基礎(chǔ)軟件——天機工具鏈。 

　　講座結(jié)束時，施路平老師表示，目前類腦計算沒有公認的技術(shù)方案，機遇千載難逢，大有可為。并借用Hinton的名言激勵同學(xué)們“如果你有一個強烈的直覺，認為自己有一個很好的主意，但其他人都說‘不’。那么注意，它不是一個壞的想法，它實際上是一個原創(chuàng)的想法”。