陳云霽：創(chuàng)“芯”國之重器

檀彥卓　支天

陳云霽在學(xué)術(shù)會議上作報告

大約5.2億年前，在地質(zhì)學(xué)上被稱作“寒武紀(jì)”的時代，大量無脊椎動物在短時間內(nèi)出現(xiàn)“生命大爆發(fā)”。如今，“寒武紀(jì)”這個名字被人們再次提起時，多是指中科院計算所研發(fā)的人工智能芯片處理器，意喻著人工智能即將迎來大爆發(fā)的時代。

“寒武紀(jì)”是由陳云霽和他同在中科院計算技術(shù)研究所的弟弟陳天石帶領(lǐng)團隊研發(fā)的一款達(dá)到國際一流水平的系列智能芯片。陳云霽14歲考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班，24歲在中科院計算所取得計算機博士學(xué)位，29歲就晉升為研究員，被認(rèn)為是“彎道超車”的天才。如今，陳云霽擔(dān)任中科院計算所智能處理器中心主任，帶領(lǐng)團隊進行智能芯片的研究開發(fā)，成為中國在人工智能時代實現(xiàn)“彎道超車”的領(lǐng)跑者。

第一次“彎道超車”——少年班走出來的研究員

寸頭、圓臉、黑框眼鏡，深灰羊毛衫、雙肩包，初次見面誰也不會把看上去學(xué)生模樣的陳云霽與中國青年科技獎、國家萬人計劃“青年拔尖人才”等頭銜聯(lián)想在一起。陳云霽1983年出生于江西南昌的一個普通知識分子家庭。受父母影響，他打小就熱愛學(xué)習(xí)、博覽群書，向往著成為一名科研工作者。談起童年，他認(rèn)為興趣對自己的影響很大“父母很注意培養(yǎng)我的好奇心。父母書架上的書，不管是工程類的，還是歷史方面的，我都愛看。”陳云霽至今還對歷史很癡迷，他認(rèn)為這和啟蒙教育關(guān)系很大。

陳云霽小學(xué)三年級就學(xué)完小學(xué)數(shù)學(xué)課程，小學(xué)畢業(yè)時又學(xué)完初中數(shù)學(xué)課程，同時考上南昌十中。中學(xué)期間，他在班里整體成績并不突出。他心里很清楚，實現(xiàn)“科學(xué)家”夢想，考上好大學(xué)是先決條件。

經(jīng)過一段時間努力，他考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班，14歲的陳云霽完成人生第一次“彎道超車”。然而，進了少年班以后，他發(fā)現(xiàn)自己并不是“最快”的那一個。陳云霽自認(rèn)為在科大少年班既不是最聰明的，也不是最勤奮的，成績在班上的“后半截”?！皩W(xué)習(xí)、生活各方面都有點準(zhǔn)備不足?！彼χf，“‘彎道超車得下苦功夫的道理，這是在科大少年班學(xué)到的?！?/p>

中科大少年班可以根據(jù)興趣來選專業(yè)，班里不少人都選了數(shù)學(xué)或者物理，陳云霽卻犯了難。“那時候大家都覺得自己是數(shù)學(xué)天才?！标愒旗V回憶，“記得數(shù)學(xué)大師陳省身給少年班有個題詞，是‘不爭第一。我想，拿不到第一不要緊，但是得從事個感興趣的方向。”

大學(xué)三年級，對未來還有些懵懂的陳云霽就把計算機系所有實驗室的門敲了個遍，問是否接收本科生。最后，教計算機體系結(jié)構(gòu)的周學(xué)海教授所在的實驗室收下了他。通俗地說，計算機體系結(jié)構(gòu)就是研究如何用晶體管的“磚石”搭出計算機的“大樓”。在研發(fā)過程中，盡管做的都是些打下手的“雜活”，卻讓陳云霽第一次恣意徜徉在這座“大樓”中。

2002年，陳云霽加入計算所，跟隨胡偉武研究員碩博連讀，成為當(dāng)時龍芯研發(fā)團隊中最年輕的成員。沒想到，這一干，就是12年。陳云霽說：“沒有‘龍芯，就沒有今天的陳云霽，是胡老師的言傳身教，帶我走上芯片行業(yè)?！?/p>

博士畢業(yè)后，陳云霽留在了計算所。年僅25歲的陳云霽，成為8核龍芯3號的主架構(gòu)師。

第二次“彎道超車”——深度學(xué)習(xí)處理器領(lǐng)域的引領(lǐng)者

2008年，當(dāng)時人工智能這個“風(fēng)口”還沒有起來，陳云霽就已經(jīng)開始研究如何用計算機模擬人的智能。用更專業(yè)的話來說，就是通過體系結(jié)構(gòu)來設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片。而在此之前，計算機硬件的運行速度和功能已經(jīng)成為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的瓶頸。

北京奧運會期間，已經(jīng)放假的陳云霽躲在宿舍里揮汗如雨。很快，他撰寫的論文被計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域頂尖國際會議國際高性能計算機體系結(jié)構(gòu)會議（HPCA）錄用，這也是HPCA歷史上第一篇來自中國大陸的論文。

研究人工智能的道路并不平坦，在實踐中陳云霽遇到了很多困難。招不來學(xué)生、申請不到項目……陳云霽只身一人在辦公室沒日沒夜地熬，完成了第一個處理器架構(gòu)原型的邏輯設(shè)計，一張折疊床成了他辦公室的“碼農(nóng)標(biāo)配”。

更為糟糕的是，在他提出了一系列基于人工智能方法的處理器研發(fā)技術(shù)，并多次向體系結(jié)構(gòu)頂級會議投稿后，卻總是以被拒而告終。

陳云霽并沒有被困難嚇倒，他相信，只要堅持“人工智能”夢，把研究做得更深入，外在的困難總是能克服的。

經(jīng)過多年的積累，陳云霽終于在2014年迎來碩果。他帶領(lǐng)的團隊和其他團隊合作的成果：“一種小尺度的高吞吐率機器學(xué)習(xí)加速器”，智能處理的能效達(dá)傳統(tǒng)芯片的近百倍，其論文在國際體系結(jié)構(gòu)支持、編程語言和操作系統(tǒng)國際會議（ASPLOS）上獲得“最佳論文獎”。這是大陸科研機構(gòu)首次在國際計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域頂級會議上獲得最佳論文獎，也是亞洲首次、美國之外國家第二次獲得ASPLOS會議的最佳論文。

憑借扎實的科研成果，陳云霽完成了人生的第二次“彎道超車”。

如今，陳云霽開創(chuàng)的深度學(xué)習(xí)處理器這一方向，已成為國際計算機體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域最熱門的學(xué)術(shù)研究方向之一。他的相關(guān)論文受到哈佛、谷歌等上百所國際知名研究機構(gòu)和圖靈獎得主、中美兩國院士等一大批國際知名學(xué)者引用跟蹤。

國際權(quán)威學(xué)術(shù)雜志S cience稱陳云霽為深度學(xué)習(xí)處理器的“先驅(qū)”和“國際上該方向公認(rèn)的引領(lǐng)者”。2015年，陳云霽被MIT Technology Review評為全球35位35歲以下青年創(chuàng)新者。

第三次“彎道超車”——努力建立信息產(chǎn)業(yè)新生態(tài)

黨的十九大報告提出“，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合”。國務(wù)院也印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，指導(dǎo)我國人工智能的發(fā)展。黨和國家對這一重要戰(zhàn)略機遇的重視可見一斑。

人工智能時代正在迫近，如何實現(xiàn)中國在人工智能的“彎道超車”？能否建立起以中國為主導(dǎo)的、開放共贏的信息產(chǎn)業(yè)新生態(tài)？以陳云霽等為代表的中國科學(xué)家們正在努力探索。

“人工智能不是空中樓閣，必須附著在某個東西上。”陳云霽介紹說，正如工業(yè)時代的蒸汽機、信息時代的通用CPU，智能芯片作為智能產(chǎn)業(yè)的核心物質(zhì)載體，決定了智能產(chǎn)業(yè)未來的應(yīng)用與發(fā)展，對我國引領(lǐng)智能時代的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有著不可或缺的重要性。

2017年，陳云霽率領(lǐng)其團隊成功研制了國際首個深度學(xué)習(xí)處理器芯片——“寒武紀(jì)”。

陳云霽曾這樣來解釋自己的靈感來源：“人的大腦是已知最智能的物體。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。”

一方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是智能處理的好方法;另一方面，通用處理器在這方面效率很低?！叭绻猛ㄓ锰幚砥鞔罱ㄒ粋€人腦規(guī)模突觸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可能需要建一個電站來給它供電了。”陳云霽想到，為什么不能用人工智能的辦法來設(shè)計一款專門的芯片呢？

“寒武紀(jì)”恰恰解決了這一問題：它可以在計算機中模擬神經(jīng)元和突觸的計算，對信息進行智能處理，還通過設(shè)計專門存儲結(jié)構(gòu)和指令集，每秒可以處理160億個神經(jīng)元和超過2萬億個突觸，功耗卻只有原來的1/10，未來甚至有希望把整個“阿爾法狗”系統(tǒng)裝進手機。如今，“寒武紀(jì)”已成功應(yīng)用于數(shù)千萬臺手機中，為手機提供更高的實時智能處理能力。

伴隨人類智能科技的不斷發(fā)展，芯片研究的使命將從信息時代的計算轉(zhuǎn)變?yōu)橹螜C器智能，建立信息產(chǎn)業(yè)新生態(tài)刻不容緩?！耙渣h和國家的需求為己任，抓住智能時代前所未有的機遇，努力將‘寒武紀(jì)系列智能芯片成果不斷發(fā)展壯大?！睂τ谥袊谌斯ぶ悄軙r代實現(xiàn)“彎道超車”，陳云霽信心十足。

人物名片

陳云霽，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員，博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任中國科學(xué)院腦科學(xué)卓越中心特聘研究員、計算所智能處理器中心主任、寒武紀(jì)黨總支書記。他帶領(lǐng)智能處理器研究中心（寒武紀(jì)課題組），研制國際上首個深度學(xué)習(xí)專用處理器芯片“寒武紀(jì)”，曾榮獲全國創(chuàng)新爭先獎、中國青年科技獎、國家萬人計劃“青年拔尖人才”稱號等。

（作者單位：中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所）