陳云霽的新“寒武紀”時代

李璐璐

2022年5月7日，陳云霽展示由他帶領(lǐng)團隊研制的“寒武紀1號”芯片。

在聯(lián)系近一周之后，陳云霽才擠出時間接受了采訪。見面時，這位中科院計算技術(shù)研究所研究員正忙著編程序，辦公桌旁是一張折疊床，側(cè)面墻壁的白板上寫滿了各種結(jié)構(gòu)圖。目前，陳云霽正帶領(lǐng)團隊全力攻克處理器設(shè)計的共性技術(shù)壁壘?！耙恢痹诿?，每天都搞不清楚是星期幾！”他笑著說，“但只要把研究當成興趣，也不覺得累。”這位“80后”科學家，已在國產(chǎn)處理器芯片研制領(lǐng)域耕耘了20余年。

“讓計算機更聰明”“讓機器更好地服務(wù)人類”……這是陳云霽科研路上的夢想和追求。這份夢想在兒時便埋下了種子?！拔倚r候喜歡看書，家里書架上有很多工程、歷史類的書籍?！标愒旗V說，“我也喜歡玩游戲，街機、‘星際爭霸’等玩了不少?！睗u漸地，他對計算機產(chǎn)生了濃厚的興趣。

興趣和求知欲驅(qū)動的探索習慣為陳云霽的科研之路打下了良好的基礎(chǔ)。陳云霽從小在數(shù)學上展現(xiàn)出了過人的天賦，三年級時就學完了全部小學數(shù)學課程，9歲小學畢業(yè)時已經(jīng)把初中數(shù)學課程學完，同時考上了南昌十中的少年班。

14歲時，陳云霽考入中國科學技術(shù)大學少年班。大三時，他把計算機系所有實驗室的門敲了一遍，問是否接收本科生。最終，教計算機體系結(jié)構(gòu)的周學海教授所在的實驗室收下了他。在研發(fā)過程中，盡管做的都是些打下手的“雜活”，卻讓陳云霽感受到計算機的巨大魅力。2002年，陳云霽如愿以償來到了中科院計算所，跟隨胡偉武研究員碩博連讀。當時，計算所正在研制國產(chǎn)通用處理器（龍芯1號），陳云霽成為當時龍芯研發(fā)團隊中最年輕的成員。博士畢業(yè)后，陳云霽順理成章留在了計算所，成為8核龍芯3號的主要架構(gòu)師。 “龍芯3號與龍芯1號、2號有所不同，已從單核發(fā)展到多核了?！标愒旗V解釋說，“好比以前一桌菜給一桌客人吃，現(xiàn)在一桌菜要給8桌客人吃。”

在資源十分匱乏的條件下，陳云霽和同事們邊干邊摸索，提出訪存協(xié)處理器結(jié)構(gòu)，有效緩解了龍芯3B運算帶寬比問題；提出片上多核處理器的有界誤差全局時鐘理論，解決了多核處理器驗證和調(diào)試的一系列難題，保障了龍芯3號的研制。研究成果論文被體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域旗艦會議HPCA（高性能計算架構(gòu)國際研討會）錄用，這也是HPCA上第一篇第一作者來自中國大陸的論文。2013年，時任中科院計算所所長孫凝暉讓年僅30歲、只做了1年研究員的陳云霽作為學術(shù)帶頭人主導智能處理器基礎(chǔ)研究。

2010年，以深度學習為代表的人工智能技術(shù)在全球范圍內(nèi)飛速發(fā)展，然而，智能算法規(guī)?？焖僭鲩L，硬件系統(tǒng)的發(fā)展仍異常緩慢。為了解決這個矛盾，研究計算機架構(gòu)的陳云霽與計算所研究人工智能的同事展開了交流合作?！拔磥淼闹悄苡嬎阆到y(tǒng)應(yīng)該是什么樣的？”成為了陳云霽每天思考的問題。

科研路上，弟弟陳天石也來到了他的身邊。陳天石同樣畢業(yè)于中科大少年班。2007年，陳天石作為客座博士生從中科大來到了計算所，研究方向是人工智能算法。一個做硬件、一個做軟件，兄弟倆決定聯(lián)手做人工智能和芯片設(shè)計的交叉研究。這是他們年少時的一個想法：“做一個東西讓計算機更聰明，終極目標像人一樣聰明”。

當時，人工智能研究正處于低谷期，人工智能和芯片設(shè)計的交叉研究更不被業(yè)內(nèi)人士認可。學生們擔憂：做完研究，發(fā)不出論文是不是沒法畢業(yè)？項目申請也不順利，兄弟倆只能在日常工作之余開展研究。他們經(jīng)常吃過早飯就坐在電腦前不間斷地工作，等感覺餓了已是晚上。熬夜是家常便飯，累了就在折疊床上囫圇一覺……他們先后提出一系列基于人工智能方法的處理器研發(fā)技術(shù)，多次向體系結(jié)構(gòu)頂級會議投稿，但都一一被拒?！袄щy一個接著一個，但問題解決之后的喜悅是常人無法體會的?！标愒旗V說。

陳云霽（ 右一）與龍芯研發(fā)團隊成員合影（2007年1月1日攝）。

2022年5月7日，陳云霽（前右）與科研團隊。

功夫不負有心人。2014年，他們研制的國際上首個深度學習處理器芯片與電腦主板成功連接，能效達到傳統(tǒng)芯片的近百倍，圓滿實現(xiàn)預(yù)期目標。在美國鹽湖城召開的國際計算機體系結(jié)構(gòu)支持、編程語言和操作系統(tǒng)國際會議（ASPLOS）上，陳云霽與法國國立計算機及自動化研究院的奧利弗·特曼教授合作的“一種小尺度的高吞吐率機器學習加速器”，獲得了最佳論文獎。這是中國內(nèi)地科研機構(gòu)首次在計算機系統(tǒng)和高性能計算領(lǐng)域頂級國際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。以“DianNao”和“DaDianNao”中文拼音命名的深度學習處理器架構(gòu)正式出現(xiàn)在了計算機體系結(jié)構(gòu)的國際舞臺上。參加國際會議時，陳云霽一遍遍地給外國同行糾正發(fā)音，他自豪地說：“之前沒有中文發(fā)音的芯片，我們借此也傳播了中國文化?！?/p>

2021年7月27日-28日，第二十三屆中國科學技術(shù)協(xié)會年會在北京召開。圖為陳云霽在閉幕式上作《深度學習處理器》主旨報告。

這之后，陳云霽全身心投入實際芯片研發(fā)，挑戰(zhàn)深度學習處理器芯片。他帶領(lǐng)團隊突破深度學習處理器設(shè)計中的規(guī)模、適配、能效三個核心挑戰(zhàn)，最終，研發(fā)出國際首個深度學習處理器芯片“寒武紀”?！啊浼o’是顯生宙的開始，希望能開啟人工智能的新紀元?！标愒旗V說?！昂浼o”誕生的那一刻，陳云霽高興地隨手抓起身旁的拖把，和身邊的同學們即興表演了一段“棍棒舞”。

2018年2月，世界權(quán)威學術(shù)期刊《科學》雜志刊文稱，寒武紀的一系列成果為深度學習處理器領(lǐng)域作出了“開創(chuàng)性貢獻”，陳云霽和他的團隊被評價為該領(lǐng)域的先驅(qū)和引領(lǐng)者。陳云霽也被評為2015年度全球35位杰出青年創(chuàng)新者。

回顧科研生涯，陳云霽說：“從導師胡偉武身上，不僅學會如何設(shè)計芯片，更明白了一個深刻的道理，科學研究從來沒有捷徑可走，需要苦干實干。 ”

歷時十余年，深度學習處理器芯片已經(jīng)應(yīng)用在數(shù)千萬智能終端上，涉及智能手機、可穿戴設(shè)備、無人機和智能駕駛等多種場景。

除了研發(fā)強大的人工智能處理器，陳云霽尤為看重人工智能時代的生態(tài)布局?！伴_發(fā)芯片的同時，我們提出了一種與通用計算完全不同的指令集。”陳云霽解釋，指令集就是電腦硬件與軟件之間互相“對話”的語言，是構(gòu)筑信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)的基礎(chǔ)之一。以往信息產(chǎn)業(yè)主要應(yīng)用X86和ARM兩種指令集，大部分軟件和應(yīng)用程序都以此為基礎(chǔ)開發(fā)——這讓所有后來者難以在傳統(tǒng)信息產(chǎn)業(yè)中做大做強。

“我們原來在這方面幾乎沒有發(fā)言權(quán)，但智能時代給了一個機會?！标愒旗V說，“我們已經(jīng)邁出第一步，未來或許能夠建立起開放共贏的信息產(chǎn)業(yè)新生態(tài)?！彼?jīng)常用自己的經(jīng)歷啟發(fā)學生：“不要為了發(fā)論文而一味去追逐熱點，要努力去做那些未來有前景、現(xiàn)在沒被關(guān)注的方向。”

即使碩果累累、榮譽加身，對于陳云霽而言都已經(jīng)是過去時，如今的他，仍然奮斗在智能計算系統(tǒng)研究的前線?！翱茖W技術(shù)的發(fā)展路徑往往會出人意料。未來50年，計算機的計算能力將達到人類大腦的幾十億倍。智能硬件在提升計算能力的同時，也在推進著智能算法的快速發(fā)展。近乎無窮的計算能力也許會革新當前符號主義主導或聯(lián)結(jié)主義主導的已有智能計算范式，帶來人工智能能力的跨越式提升?！标愒旗V說，“作為一名科研人員，做未知領(lǐng)域的科研探索會很孤獨，特別是做別人沒有做過的無人區(qū)，會更加孤獨。但是，在我看來，有科學理想的人應(yīng)該偏離一般意義的最優(yōu)路徑，有勇氣探索冷門、未知的領(lǐng)域，人工智能的星辰大海是他值得投入全部精力去探索奮斗的畢生事業(yè)。”

陳云霽喜歡引用茨威格在《人類群星閃耀時》的一段話：“一個人生命中最大的幸運，莫過于在他的人生中途，年富力強的時候，發(fā)現(xiàn)了自己的使命?！彼f：“能把興趣和工作結(jié)合在一起，我感覺特別幸運?！?/p>

1983年出生于江西南昌，中國科學院計算技術(shù)研究所副所長，研究員，博士生導師。主持的項目“深度學習處理器體系結(jié)構(gòu)新范式”獲2020年度國家自然科學獎二等獎。2022年，獲得“全國五一勞動獎?wù)隆薄?/p>