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建立信息产业新生态 中科院研究员陈云霁研究智能芯片的故事

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陈云霁 郭红松绘/光明图片

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陈云霁与弟弟陈天石。资料照片

寸头、圆脸、黑框眼镜,格子衬衫、双肩包,34岁的中国科学院计算技术研究所研究员陈云霁依然是学生打扮。然而在他略显青涩的外表下,却有一颗雄心:在智能时代,建立以中国为主导、开放共赢的信息产业新生态。

陈云霁 郭红松绘/光明图片

陈云霁的办公室不大,沙发也很小,最吸引眼球的“摆设”就要数一张折叠床了。“习惯了,在这睡得也踏实,这不是程序员的‘标配’嘛。”他说。

陈云霁给记者展示了在嵌入深度神经网络处理器“寒武纪”后计算机进行图片识别的速度——没有嵌入“寒武纪”的计算机,每秒只能识别一两张图片;嵌入“寒武纪”后,图片识别的速度让人惊叹。陈云霁说:“嵌入‘寒武纪’后,手机、电脑等智能终端对图片、音频等的理解速度能提升近百倍。”

寸头、圆脸、黑框眼镜,格子衬衫、双肩包,34岁的中国科学院计算技术研究所研究员陈云霁依然是学生打扮。然而在他略显青涩的外表下,却有一颗雄心:在智能时代,建立以中国为主导、开放共赢的信息产业新生态。

14岁考入中国科学技术大学少年班,24岁在中科院计算技术所取得博士学位,29岁晋升为研究员,33岁荣获中国青年科技奖和中科院青年科学家奖。在外人看来,陈云霁是一个总是“弯道超车”的天才,他却认为科学研究没有捷径可走——“要让中国在人工智能时代实现‘弯道超车’,得下一番苦功夫。”

“寒武纪”系列芯片就是由陈云霁和他同为中科院计算所研究员的弟弟陈天石带领团队研发的。陈云霁14岁考入中国科学技术大学少年班,24岁在中科院计算所取得计算机博士学位,29岁就晋升为研究员。如今,陈云霁担任中科院计算所智能处理器中心主任,带领团队继续进行“寒武纪”等智能芯片的基础研究和技术开发。

陈云霁给记者展示了在嵌入深度神经网络处理器“寒武纪”后计算机进行图片识别的速度——没有嵌入“寒武纪”的计算机,每秒只能识别一两张图片;嵌入“寒武纪”后,图片识别的速度让人惊叹。陈云霁说:“嵌入‘寒武纪’后,手机、电脑等智能终端对图片、音频等的理解速度能提升近百倍。”

9岁上中学,14岁上大学,少年班走出来的研究员

“开发芯片的同时,我们提出了一种与通用计算完全不同的指令集‘Cambricon’。”陈云霁解释,指令集就是电脑硬件与软件之间互相“对话”的语言,是构筑信息产业生态的基础之一。现在信息产业主要应用两种指令集,分别是美国在20世纪70年代提出的x86和英国在20世纪80年代提出的ARM,大部分软件和应用程序都以此为基础开发——这让任何后来者都难以在传统信息产业中做大做强:“简单地说,自主研发一款传统芯片,技术指标再好,在市场上都会有阻力。因为没有那么多人围绕你的芯片开发软件和应用程序,用户怎么用呢?”

“寒武纪”系列芯片就是由陈云霁和他同为中科院计算所研究员的弟弟陈天石带领团队研发的。陈云霁14岁考入中国科学技术大学少年班,24岁在中科院计算所取得计算机博士学位,29岁就晋升为研究员。如今,陈云霁担任中科院计算所智能处理器中心主任,带领团队继续进行“寒武纪”等智能芯片的基础研究和技术开发。

陈云霁1983年出生于江西南昌,父亲是电力工程师,母亲是历史老师。谈起“短暂”的童年,他认为兴趣对自己的影响很大,“父母很注意培养我的好奇心。父母书架上的书,不管是工程类的,还是历史方面的,我都爱看。”陈云霁至今还对历史很痴迷,他认为这和启蒙教育关系很大,“对于孩子来说,兴趣比方向重要。”

“中国原来在这方面几乎没有发言权,但智能时代给了我们机会。”陈云霁说,传统芯片在智能处理上已经乏力,能耗高、速度慢,但智能芯片采取完全不同的处理方法,需要建立起新的指令集。“我们已经迈出第一步,而且中国有市场、有人才、也有意愿在这个方向持续保持领先。在智能时代,或许能够建立起以中国为主导的、开放共赢的信息产业新生态。”

“开发芯片的同时,我们提出了一种与通用计算完全不同的指令集‘Cambricon’。”陈云霁解释,指令集就是电脑硬件与软件之间互相“对话”的语言,是构筑信息产业生态的基础之一。现在信息产业主要应用两种指令集,分别是美国在20世纪70年代提出的x86和英国在20世纪80年代提出的ARM,大部分软件和应用程序都以此为基础开发——这让任何后来者都难以在传统信息产业中做大做强:“简单地说,自主研发一款传统芯片,技术指标再好,在市场上都会有阻力。因为没有那么多人围绕你的芯片开发软件和应用程序,用户怎么用呢?”

9岁上中学,14岁上大学,陈云霁完成了第一次“弯道超车”。然而进了少年班以后,他发现自己并不是最快的那一个。“学习、生活各方面都有点准备不足。”他笑着说,“弯道超车得下苦功夫的道理,最开始是少年班教给我的。”

他特别提醒,“寒武纪”并非要取代传统芯片和指令集,而是一种补充,“我们负责处理与智能相关的部分,让终端设备更省电,让云端设备更快速,让大家用得更方便”。

“中国原来在这方面几乎没有发言权,但智能时代给了我们机会。”陈云霁说,传统芯片在智能处理上已经乏力,能耗高、速度慢,但智能芯片采取完全不同的处理方法,需要建立起新的指令集。“我们已经迈出第一步,而且中国有市场、有人才、也有意愿在这个方向持续保持领先。在智能时代,或许能够建立起以中国为主导的、开放共赢的信息产业新生态。”

陈云霁自认为在少年班既不是最聪明的,也不是最勤奋的,成绩在班上的“后半截”。少年班的培养模式比较特殊,可以根据兴趣来选专业,班里不少人都选了数学或者物理,他犯了难:“那时候大家都觉得自己是数学天才。”陈云霁回忆,“记得数学大师陈省身给少年班有个题词是‘不争第一’,我想,拿不到第一不要紧,但是得从事个感兴趣的方向。”

2016年3月,陈天石“下海”成立了寒武纪公司,推动“寒武纪”系列芯片的产业转化。虽然发展顺利,但陈云霁丝毫不敢松懈:“这个领域竞争太激烈了!芯片研发是一个日新月异的领域,我们见过多少原本有先发优势的研究机构或企业,仅仅因为一个决策的失误、甚至是一个产品的失败,就一蹶不振。我们有先发优势,并不意味着能永远冲在前面。必须要特别努力,中国才能在智能芯片的国际竞争中最终胜出。”

他特别提醒,“寒武纪”并非要取代传统芯片和指令集,而是一种补充,“我们负责处理与智能相关的部分,让终端设备更省电,让云端设备更快速,让大家用得更方便”。

大学三年级,对未来还有些懵懂的陈云霁就把计算机系所有实验室的门敲了个遍,问是否接收本科生。最后,教计算机体系结构的周学海教授所在的实验室收下了他。计算机体系结构,通俗地说,就是研究如何用晶体管的“砖石”搭出计算机的“大楼”,在研发过程中,尽管做的都是些打下手的“杂活”,却让陈云霁第一次感受到计算机的巨大魅力。大学最后一年,听说中科院计算所开始研制国产通用处理器,他觉得能参与国产通用处理器的研发,是个光荣又难得的机会。

(原载于《光明日报》 2017年05月16日12版)

2016年3月,陈天石“下海”成立了寒武纪公司,推动“寒武纪”系列芯片的产业转化。虽然发展顺利,但陈云霁丝毫不敢松懈:“这个领域竞争太激烈了!芯片研发是一个日新月异的领域,我们见过多少原本有先发优势的研究机构或企业,仅仅因为一个决策的失误、甚至是一个产品的失败,就一蹶不振。我们有先发优势,并不意味着能永远冲在前面。必须要特别努力,中国才能在智能芯片的国际竞争中最终胜出。”

2002年,陈云霁如愿以偿来到了中科院计算所,跟随胡伟武研究员硕博连读,成为当时龙芯研发团队中最年轻的成员。博士毕业后,他留在了计算所。25岁时,陈云霁成为8核龙芯3号的主架构师。

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从“龙芯”到“寒武纪”,瞄准人工智能

陈天石是陈云霁的弟弟,小他两岁,几乎是沿着哥哥的脚步从中科大少年班一步步来到了计算所,所不同的是,陈天石的研究方向是人工智能算法。一个做硬件、一个做软件,兄弟俩“珠联璧合”,决定一起做人工智能的专用处理器。他们还给这款处理器取了个很有深意的名字——“寒武纪”,用地质学上生命大爆发的时代来比喻人工智能的未来。

陈云霁曾这样来解释自己的灵感来源:“人的大脑是已知最智能的物体。如果能把大脑中神经元和突触数字化抽象出来,这样的数字化网络某种程度上可能就继承了人脑对信息的处理能力。”

一方面,神经网络是智能处理的好方法;另一方面,通用处理器在这方面效率很低。“如果要用通用处理器搭建一个人脑规模突触的神经网络,可能需要建一个电站来给它供电了。”陈云霁解释,即使是最近大出风头的“阿尔法狗”也需要大量的机房设备、专家团队,以及高昂的成本。

为什么不能用人工智能的办法来设计一款专门的芯片呢?“寒武纪”恰恰解决了这一问题:它可以在计算机中模拟神经元和突触的计算,对信息进行智能处理,还通过设计专门存储结构和指令集,每秒可以处理160亿个神经元和超过2万亿个突触,功耗却只有原来的1/10,未来甚至有希望把整个“阿尔法狗”的系统都装进手机。

陈云霁给记者演示了“寒武纪”的强大功能——将这款深度神经网络处理器嵌入计算机后,其图像识别能力要显著地优于通用处理器,而这仅是“寒武纪”的本领之一。“嵌入‘寒武纪’后,手机、电脑等智能终端对音频、视频的理解速度和能力会有明显的提高。”他说。

建立产业生态,实现下一次弯道超车

陈云霁特别喜欢用的一个词是“放水养鱼”,从小时候父母培养他的兴趣,到少年班自主选择专业,再到创建寒武纪团队,陈云霁一直都是在“放水养鱼”的环境下学习、做研究。在他看来,正是有了良好的外部环境,“寒武纪”才能运行得如此顺畅。如今,陈天石已经是中科寒武纪公司的CEO,而陈云霁仍然留在计算所,他的研发工作也更注重满足实际应用的需求。

除了研发出强大的人工智能处理器,陈云霁特别看重的就是人工智能时代的生态布局。他认为,指令集是硬件与软件之间互相“对话”的语言,也是构筑信息产业生态的基础。“就像个人电脑时代的x86指令集一样,一旦形成了生态闭环,后来者就很难有机会突破。”他说,“因此,我们在开发芯片的同时,还提出了一种与通用计算完全不同的指令集。”

建立产业生态,还承载着陈云霁下一个“弯道超车”的梦想。他认为,中国完全有机会有能力在人工智能时代实现超越。他说,“智能时代给了我们机会,无论是在技术方面上,还是在商业上,我们都迎来了前所未有的机遇。”

“我确实没有预见到人工智能时代来得这么快。但是有些事情,一定是在别人都不太看好的情况下去做,下一番苦功夫,才有机会领先。”陈云霁说,这是他“弯道超车”的秘诀。

(原载于《人民日报》 2017年05月25日06版)

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