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新技术助“中国芯”换道超车 [复制链接]

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发表于 2019-1-7 00:00:11 |显示全部楼层
算力是传统电子人工智能芯片的1000倍,但功耗只有其百分之一,低延迟还抗电磁干扰,由清华、北大、北交大等高校博士生创业研发的光子人工智能芯片,在技术上实现不少突破,未来可广泛应用于手机、自动驾驶、智能机器人、无人机等领域。近日,该光子人工智能芯片项目落户顺义,将这项新技术推向了台前。

“芯片的设计、加工、封装、测试全部在国内完成,摆脱了对国外高制程光刻机的依赖,是我国在芯片领域换道超车的核心技术。”研究团队负责人白冰说。

具高速率、低功耗优势

落地顺义的光子人工智能芯片出自一个由清华、北大、北交大等多所高校的在校博士生组成的创业团队,该团队是全国第一个,也是全球第二个光子人工智能芯片研究团队。

团队负责人、光子芯片的研发者之一----白冰,目前正在北京交通大学通信与信息系统专业攻读博士学位。作为国内第一个研究光子计算的团队,白冰介绍,光子芯片具有低延迟、抗电磁干扰等优势,计算能力是传统芯片的三个数量级,功耗却只有传统芯片的百分之一。

全流程可在国内完成

对于光子人工智能芯片发展的意义,白冰说,国内电子芯片设计领域能力很强,但在核心加工环节有一个很强的技术壁垒,需依赖国外的高制程光刻机,在成本等多个方面都会受限。光子人工智能芯片的生产过程自主可控,全流程可在国内完成,采用国内130nm微电子工艺加工完成,摆脱了对于国外高制程光刻机的依赖,无需在工艺制程上进行追赶。

“芯片的设计、加工、封装、测试全部在国内完成,摆脱了对国外高制程光刻机的依赖,所以说是我国在芯片领域换道超车的核心技术。”白冰说。

白冰表示,未来芯片主要还是针对人工智能领域的应用与发展。目前光子人工智能芯片的产品部署主要集中于设备端,预计于2022年将光子芯片运用到云端。

记者了解到,第三代半导体是北京市高精尖产业的重要内容,也是顺义确定发展的三大创新型产业集群之一。当前,顺义正布局全产业链,7.1万平方米的第三代半导体材料及应用联合创新基地已于去年12月竣工。目前,中关村科技园区顺义园管理委员会已与其团队签约,项目正式落户顺义。

据介绍,上海也已开始光子芯片的布局,计划到2021年建成全国硅光子芯片研发和中试基地,到2025年量产平台实现芯片批量供货,成为国际知名硅光子的研发、制造基地。

释疑1 什么是光子人工智能芯片?

白冰介绍,光子人工智能芯片是指采用硅基光子集成技术,让光提供算力,为人工智能应用提供高性能的硬件支持。第一个层面是“人工智能芯片”。如果一个芯片要跑得非常快、非常省电,一定是芯片的物理结构跟软件高度匹配,这样才能达到一个比较高的效率。包括现在的人脸识别、自动驾驶、安防监控、AI金融、AI医疗等,实际上都是一种人工智能算法,要设计一款芯片结构跟其特征匹配,这就是人工智能芯片。

第二个层面是“光子”。已有的人工智能芯片都是电子芯片,电子芯片在计算速度和功耗方面会有瓶颈。光子人工智能芯片是依托硅基光子集成技术,在内部用光完成矩阵运算与数据交换。它的计算过程与人工智能算法高度匹配,计算速度比普通电子芯片高,功耗比电子芯片低。

中科院上海微系统所所长助理、上海新微科技集团总裁秦曦曾介绍,集成电路的发展沿着摩尔定律已趋于极限,硅光子技术是超越摩尔研究领域的发展方向之一。通过硅光集成,用光代替原来的电进行传输,成本有可能降低到原来的十分之一,甚至更低。

释疑2 与传统芯片比有哪些优势?

白冰解释,主要有两方面优势。一个优势是计算速度,光子人工智能芯片的计算速度大概是电子芯片的三个数量级,约1000倍,单个电子芯片的计算速度大约是7.8TFlops,而光子人工智能芯片的计算速度大概是3200TFlops。第二个优势是功耗,光子人工智能芯片的功耗仅为电子芯片的百分之一,单位电子芯片和耗电量大概300W,对应的光子人工智能芯片的耗电量只有4W。

对比不同芯片在同一情境下是否具有优势,要考虑性能功耗比、单位美元提供算力两方面。性能功耗比是指消耗单位瓦特提供的性能,重在强调涉及多少电费,单位美元提供算力则重在强调芯片的生产成本。在这两方面,光子人工智能芯片比电子芯片更有优势。

释疑3 未来主要应用在哪些方面?

白冰表示,光子人工智能芯片可广泛用于手机、安防监控、自动驾驶、服务机器人、无人机、工业物联网、企业服务器和数据中心等关键人工智能领域。比如在分拣机器人机械臂上装上摄像头,让它识别有什么东西,控制它去抓取等。

据其介绍,光子人工智能芯片的发展得益于人工智能的发展。光学计算芯片其实在实验室一直存在,但它一直没有比较好的应用场景,没有办法落地应用。近年来伴随着人工智能的兴起,人工智能的算法特征恰好跟光学芯片物理性能匹配,这使得光学计算有了走出实验室、走向产业应用的机会,就是这样一个过程。

中科院“百人计划”专家、上海微系统所研究员余明斌回国后也一直致力于硅光工艺平台的建设。他认为,这是一个可能引发巨大产业新空间的前瞻性技术。

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发表于 2019-1-7 00:00:53 |显示全部楼层
我去,真这么厉害?!

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发表于 2019-1-7 00:07:14 |显示全部楼层
牛津大学研发类脑光子芯片,运算速度超人脑1000倍

https://www.iyiou.com/p/57408.html


2017-10-15 19:59




[ 亿欧导读 ] 牛津大学等的研究人员研发了一种模拟人脑突触行为、利用光子集成电路的“光子芯片”。在测试中,这种芯片的运算速度可以比人脑的速度快1000倍。这种芯片如果用于超级计算机,则可最大限度地同时储存信息,并只需使用最小的功率。

图片来自“123rf.com.cn”


牛津大学等的研究人员研发了一种模拟人脑突触行为、利用光子集成电路的“光子芯片”。在测试中,这种芯片的运算速度可以比人脑的速度快1000倍。这种芯片如果用于超级计算机,则可最大限度地同时储存信息,并只需使用最小的功率。

随着人工智能不断使机器变得更加智能,科技界许多人认为“奇点”——技术进步使得机器比人类聪明上指数级的倍数的时间点——就在眼前。

但是,当涉及到计算的时候,人类的大脑仍然比地球上任何一个技术处理系统都要强大得多(而且效率高得多)。

事实上,开发能够模仿大脑突触的工作方式的微芯片——特别是它们几乎不需要能量来处理和存储信息的能力——一直以来都是计算的“圣杯”。

来自艾克塞特大学、牛津大学和明斯特大学的研究人员领导的研究小组研发了一种专门的光子芯片。在测试中,这种芯片的运算速度可以比人脑的速度快1000倍。这种芯片如果用于超级计算机,则可最大限度地同时储存信息,并只需使用最小的功率。科学家们朝着这个计算的“圣杯”又迈近了一步。

因为这款微芯片是由光驱动的,它们也可以在比任何电子处理系统都更低的能量供应下执行高速计算。

强大的人脑硬件

在人类大脑中,突触将神经细胞(或神经元)连接在一起。构成记忆和思想的大脑信号以微小的电荷的形式通过这些神经细胞;当电荷到达突触时,它就会触发神经递质释放,神经递质是一种化学“信使”,在整个大脑中传递信息。

突触功能的图示

突触本质上是一种“电路”,它能促进我们的思维、感觉和活动的激活。而且突触的数量非常多:在一个健康的大脑中存在着大约1000亿个神经元,每个神经元都与其他成千上万的神经元相连接,大脑中突触的数量估计在100万亿到1000万亿个之间。

不过,比它们的数量更令人惊异的是它们的速度:大脑中数以万亿计的“突触连接”的运行速度与一台拥有每秒1万亿比特的处理器的计算机的速度类似。(作为参考,这比你办公室的每秒100兆比特的以太网速度要快1万倍。)

创造更像人脑的微芯片

考虑到人类大脑天生的强大处理能力,“神经形态计算”领域的研究人员正在开发以大脑为灵感的计算机、设备以及用于商业用途的电子产品的模型。如果他们成功了,神经形态芯片(或神经芯片)有一天会取代我们的智能手机和其他设备里的CPU(中央处理器)。

现在,即使是世界上最快的处理器和CPU也无法接近大脑突触的处理速度。在一个模拟实验中,生物大脑1秒钟处理的计算量,在K计算机(地球上最快的超级计算机之一)中,超过8万个处理器工作了40分钟才完成。

让计算机变得更快是可能的,但也需要更多的能量。人类大脑的两个主要的组成部分相比机器占有优势。我们庞大的神经元网络和突触可以:

1)快速并同时地处理和存储大量信息(这被称为“并行处理”),以及

2)用非常少的能量进行并行处理,总共只需要几十瓦特的功率。

欧洲的研究人员用他们的光驱动芯片(light-powered microchip)解决了这两个问题——他们制造出一种速度惊人的“硬件突触”(hardware synapse),而且所需能量极低。

研究人员通过将“相变”(phase-change)材料和光子集成电路组合在一起,制造了这种芯片。相变材料在日常物品中有广泛应用,如可擦写型的CD和DVD。

相变材料是一类随温度变化,能够储或和释放大量能量的物质。同时,光子集成电路利用光而不是电子来操纵原子和执行其他功能。

使用光代替昂贵的、低效率的能源(例如电力)是许多科学家的目标。事实上,一个被称为“集成光子学”(integrated photonics)的学科专注于开发基于光信号的快速处理芯片,用于更快、更环保的电子产品。

由艾克赛特大学、牛津大学和明斯特大学的研究人员开发的光子芯片是一个很好的例子。根据研究小组的说法,他们的光子神经突触可以比人脑的速度快1000倍,这代表了破解大脑模拟计算机的“圣杯”的关键一步。

尽管迄今为止,研究团队只进行了测试,以证明该微芯片在“突触模拟”中的可编程性和有效性。但研究人员称,他们的这一大脑启发的创新显示了神经形态计算工具的解决方案的一个基本要求。而这正是研究人员所说的“开拓性突破”的意义所在。

再回到AI领域:如果在不久的将来,一个高速的、基于光的神经芯片被应用在我们的电子产品,那么这些设备将能够以比以往更快的速度、更低的能量需求处理AI算法。如果设备能够更快地支持AI和高级机器学习,人类的大脑就会失去它相对于机器的某些优势,这也许会让我们离奇点又近一步。


人工智能——2017年最火热的标签。对于众多AI试水者,你知道如何平衡技术与需求吗?你知道如何利用政策事半功倍吗?你知道如何寻找公司的投资伯乐吗?12月14日,「2017亿欧创新者年会·AI产业应用峰会」,我们将邀请众多投资人、创业者、AI领域精英共同探讨,不仅是AI+产业+应用,这里是需求方和技术提供方的沟通平台,是政策专家与企业方的交流平台,是投资人与企业方交流的互猎平台,是应届毕业生和企业方的对接平台。多维度,更深度,来这里实现属于你的AI!





1、昧着良心赞美,这叫五毛。
2、用指责与批评督促执政者改良,这叫五分。
3、明明身处最底层,却站出来维护统治者,这叫脑残。
4、听到讲真话的人,扑上去就咬,这叫权贵的走狗。

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发表于 2019-1-7 21:40:13 |显示全部楼层
1月7日,华为公司发布了一款取名“鲲鹏920”的服务器芯片,基于合作伙伴安谋(ARM)授权提供的技术,经华为优化调整设计而成。

华为战略市场总裁徐文伟表示,ARM产品的优势在于高性能与低功耗,是为提供更好客户价值而做出的“自然选择”。

鲲鹏920芯片的发布后,有望与此前已投产的麒麟980手机芯片,以及昇腾910人工智能芯片一起,帮助华为构建起结合云服务的物联生态体系。

不过,华为并不是一家专门生产芯片的公司。“华为不是要与Intel竞争,更不会替代。”徐文伟说,布局芯片主要是看到了由于数据多元化带来的计算多元时代。

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发表于 2019-1-8 11:01:26 |显示全部楼层
高档芯片不依靠美国公司就算赢了,首先给川大爷点个赞。
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