挑戰(zhàn)鑄就中國芯——記中國工程院院士鄧中翰

文 胡玉枝（北京）

在國家工信部（原信息產(chǎn)業(yè)部）的直接領(lǐng)導(dǎo)下，在財(cái)政部、科技部、國家發(fā)改委等有關(guān)部門的支持下，鄧中翰在北京中關(guān)村承擔(dān)并啟動了國家“星光中國芯工程”，擔(dān)任工程總指揮，開啟了回國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的新歷程。

什么是我國每年進(jìn)口額最高的物資？這恐怕很多人都不清楚。

“每年我國進(jìn)口的最大物資不是石油天然氣，也不是糧食，而是芯片。據(jù)了解，每年我國芯片的進(jìn)口額多達(dá)兩千多億美元，折合一萬多億人民幣。而芯片安全，關(guān)乎著信息安全、國家安全，核心技術(shù)無法從國外購買，只能依靠自主創(chuàng)新?！币徽Z驚醒國人的，是在2018年全國“兩會”中當(dāng)選第十三屆全國政協(xié)委員的鄧中翰。

鄧中翰，中國工程院院士，第十三屆全國政協(xié)委員，第十三屆全國政協(xié)教科衛(wèi)體專委會委員，歐美同學(xué)會副會長，“星光中國芯工程”總指揮，數(shù)字多媒體芯片技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，中星微集團(tuán)首席科學(xué)家。他本科畢業(yè)于中國科技大學(xué)，后留學(xué)美國加州大學(xué)伯克利分校，獲電子工程學(xué)博士、物理學(xué)碩士和經(jīng)濟(jì)學(xué)碩士學(xué)位。

1999年10月，鄧中翰應(yīng)邀回國參加建國50周年國慶觀禮，并受到了黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的親切接見和殷切召喚。為了祖國集成電路事業(yè)的起步，鄧中翰毅然放棄了在美國的成功事業(yè)和優(yōu)裕生活。在國家工信部（原信息產(chǎn)業(yè)部）的直接領(lǐng)導(dǎo)下，在財(cái)政部、科技部、國家發(fā)改委等有關(guān)部門的支持下，鄧中翰在北京中關(guān)村承擔(dān)并啟動了國家“星光中國芯工程”，擔(dān)任工程總指揮，開啟了回國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的新歷程。

回國創(chuàng)業(yè)滿載榮譽(yù)，為國效力不忘初心

作為“星光中國芯工程”總指揮，鄧中翰多年來一直在一線帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行超大規(guī)模集成電路芯片的研發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化工作，成功組建了芯片技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，積極探索并引入硅谷機(jī)制，創(chuàng)建了中星微電子公司，吸引了逾百位優(yōu)秀海外留學(xué)人員回國工作。

經(jīng)過艱苦努力，鄧中翰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)取得了數(shù)據(jù)驅(qū)動并行計(jì)算架構(gòu)等十五大核心技術(shù)的重大突破，申請了3000多項(xiàng)國內(nèi)外專利，成功開發(fā)了全球第一款應(yīng)用于個人計(jì)算機(jī)圖像輸入處理的單晶片、高性能、低功耗超大規(guī)模集成電路，這是我國第一個大規(guī)模打入國際市場的“中國芯”，占據(jù)了該領(lǐng)域全球60%以上的市場，市場份額位居第一，被蘋果、三星、惠普、索尼、LG、聯(lián)想、華為等科技巨頭采用，并榮獲2004年“國家科技進(jìn)步一等獎”。

2005年，中星微國際公司成為我國第一家在美國納斯達(dá)克上市的芯片設(shè)計(jì)核心技術(shù)企業(yè)，并榮獲全球半導(dǎo)體設(shè)計(jì)協(xié)會年度大獎。

在“星光中國芯工程”成立十周年之際，黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人發(fā)來賀信：“你和你的同事們懷著赤子之心、報(bào)國之志，十年拼搏，自主創(chuàng)新，打破了國外芯片產(chǎn)品的壟斷地位，使我國集成電路芯片第一次在一個重要應(yīng)用領(lǐng)域占有一席之地，在國際上徹底結(jié)束了中國無‘芯’的歷史。在你們創(chuàng)業(yè)十周年之際，謹(jǐn)向你們表示熱烈祝賀！望你們從新的歷史起點(diǎn)出發(fā)，再創(chuàng)新的輝煌。”鄧中翰也因在“星光中國芯工程”中的工作成績成為全國勞動模范，并于2009年當(dāng)選為中國工程院歷史上最年輕的院士。

多年來，鄧中翰為國家和社會的改革、建設(shè)、發(fā)展發(fā)揮了積極的作用。他兼任了第十三屆全國政協(xié)委員，第十三屆全國政協(xié)教科衛(wèi)體專委會委員，第十一屆和十二屆全國人大代表，第十二屆全國人大教科文衛(wèi)委員，第八屆中國科協(xié)副主席，第十一屆全國青聯(lián)副主席，歐美同學(xué)會副會長，全國音視頻及多媒體系統(tǒng)與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會副主任委員等職務(wù)，在組織安排下，先后參加了中共中央黨校、井岡山干部學(xué)院、延安干部學(xué)院等培訓(xùn)班。多次受到習(xí)近平同志的親切接見。

對已經(jīng)滿載榮譽(yù)的鄧中翰來說，為國家的實(shí)際需要貢獻(xiàn)出自己的智慧和專業(yè)能力，是矢志不渝的追求。

2012年，他帶領(lǐng)“星光中國芯工程”團(tuán)隊(duì)承擔(dān)國家物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的攻關(guān)任務(wù)，為國家電網(wǎng)大范圍解決南方冰雪災(zāi)害治理與預(yù)防問題發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并藉此于2013年再次帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)榮獲“國家科技進(jìn)步一等獎”。

攻關(guān)自主可控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，維護(hù)國家信息安全

為保障國家信息安全，鄧中翰帶領(lǐng)“星光中國芯工程”團(tuán)隊(duì)與公安部第一研究所作為聯(lián)合組長單位牽頭攻關(guān)，先后推出兩代具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平的SVAC國家標(biāo)準(zhǔn)（國標(biāo)號：GB/T 25724-2010、GB/T 25724-2017）和公共安全視頻聯(lián)網(wǎng)技術(shù)國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)（國標(biāo)號：GB 35114-2010、GB 35114-2017），以及多次迭代的基礎(chǔ)編解碼芯片，搭建起我國自主可控的從芯片、算法、終端設(shè)備、系統(tǒng)平臺到整體解決方案的安防產(chǎn)業(yè)鏈，為更好地保障國家安全、公共安全和信息安全做出了基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性貢獻(xiàn)，為全面建成“全域覆蓋、全網(wǎng)共享、全時可用、全程可控”的公共安全視頻信息網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)，關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的。只有把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手中，才能從根本上保障國家經(jīng)濟(jì)安全、國防安全和其他安全。

“公共安全視頻信息的傳輸，要像國家電網(wǎng)一樣沒有后門，否則損失不可估量。”鄧中翰說，SVAC國家標(biāo)準(zhǔn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，采用我國自主核心編解碼芯片，沒有可被國外控制的“后門”、不受制于人，確保自主可控?！靶枪庵袊竟こ獭眻?jiān)決不用國外專利，在很長時間中自主研發(fā)，因而承擔(dān)“星光中國芯工程”的中星微能夠在2005年NASDAQ上市后，經(jīng)歷國際市場的考驗(yàn)，十多年間沒有專利、知識產(chǎn)權(quán)糾紛。

深耕視覺圖像處理人工智能芯片

鄧中翰深知，視覺是人類最大的信息采集通道，83%的人類信息是通過視覺獲得的，同理適用于人工智能的信息采集。通過圖像感知獲得的數(shù)據(jù)，是人工智能進(jìn)行學(xué)習(xí)和推斷的基礎(chǔ)，也是最難結(jié)構(gòu)化獲取的數(shù)據(jù)。而公共安全視頻信息處理是大數(shù)據(jù)最好的試驗(yàn)場，是公認(rèn)的人工智能落地最快的場景，是我國在人工智能及人工智能芯片技術(shù)上“領(lǐng)跑”的無人地帶和突破口。

在升級版的SVAC 2.0國家標(biāo)準(zhǔn)對視頻圖像數(shù)據(jù)編解碼核心芯片的智能化提出更高性能要求的指引下，鄧中翰帶領(lǐng)“星光中國芯工程”在視覺圖像處理人工智能芯片領(lǐng)域展開扎實(shí)的研發(fā)工作。

2016年6月，“星光中國芯工程”團(tuán)隊(duì)發(fā)布了全球首顆具備深度學(xué)習(xí)人工智能的嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU），命名為“星光智能一號”，并成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。該芯片擁有深度學(xué)習(xí)能力，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動并行計(jì)算架構(gòu)，而非傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構(gòu)。鄧中翰在讀博士時期就提出采用這種新的架構(gòu)，并將其應(yīng)用在后來的很多產(chǎn)品中。這種采用數(shù)據(jù)流（Dataflow）架構(gòu)的處理器，提升了計(jì)算能力與功耗比。高效率的數(shù)據(jù)組織、共享和搬移方式，適合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大量數(shù)據(jù)的算法特點(diǎn)，同時還支持級聯(lián)方式，可以滿足復(fù)雜的運(yùn)算需求。另外，還針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可以靈活配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持AlexNet、GoogleNet等幾類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，支持Caffe算法和Tensor Flow等主流深度學(xué)習(xí)軟件開發(fā)框架，適應(yīng)了大數(shù)據(jù)時代的需求。在“星光中國芯工程”的十五大核心技術(shù)中，第一個就是數(shù)據(jù)驅(qū)動并行計(jì)算架構(gòu)技術(shù)。

2018年11月，鄧中翰帶領(lǐng)“星光中國芯工程”團(tuán)隊(duì)打造的最新人工智能芯片成果——“星光智能二號”，獲評在第五屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會進(jìn)行成果展示。

“星光智能二號”嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU-II），采用數(shù)據(jù)驅(qū)動并行計(jì)算的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法架構(gòu)，產(chǎn)品運(yùn)算性能高、功耗低、形狀因子小，峰值運(yùn)算能力達(dá)到1TMac/s，運(yùn)算頻率最高可達(dá)1Ghz，運(yùn)算單元數(shù)量是第一代NPU的8倍,兼具大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)和小數(shù)據(jù)樣本學(xué)習(xí)能力，集成了圖像處理單元和數(shù)據(jù)加密/解密模塊，完美滿足公共安全SVAC 2.0國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 25724-2017）的技術(shù)要求，可廣泛使用在智能家居系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、無人值守系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)、無人作戰(zhàn)裝備等領(lǐng)域。同月，“星光智能二號”人工智能芯片還榮獲由EE Times主辦的全球雙峰會頒發(fā)的“2018全球電子成就獎最佳處理器產(chǎn)品獎”。

“新一代星光智能中國芯”輪廓正在變得清晰

當(dāng)前，業(yè)界專家普遍認(rèn)為，半導(dǎo)體制造工藝已逼近香農(nóng)定理、摩爾定律的極限，而應(yīng)對大流量、低延時處理需求的新理論有待研究。

如果在后摩爾定律時代，繼續(xù)提升芯片性能，滿足在更短時間內(nèi)處理海量數(shù)據(jù)的需求，也是鄧中翰時刻思考的問題。在鄧中翰的腦海中，始終縈繞著如何兼顧大數(shù)據(jù)應(yīng)用場景及小數(shù)據(jù)應(yīng)用場景，如何以單芯片兼顧抽象邏輯思維模式與具象思維模式，如何同時處理規(guī)則驅(qū)動的傳統(tǒng)智能算法以及數(shù)據(jù)驅(qū)動的深度學(xué)習(xí)算法，如何在后摩爾定律時代繼續(xù)提升性能功耗比等推動芯片技術(shù)持續(xù)發(fā)展的重要問題。

對于這些問題，鄧中翰已經(jīng)有了初步的解決思路。

他透露，“星光中國芯工程”團(tuán)隊(duì)將在信息處理的方法與芯片架構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新，從過去利用CPU/DSP進(jìn)行傳統(tǒng)算法的運(yùn)算，到目前用NPU進(jìn)行深度學(xué)習(xí)運(yùn)算，再到未來利用“多核異構(gòu)智能處理器”進(jìn)行多模式的算法運(yùn)算，包括邏輯推理、規(guī)則驅(qū)動的算法、數(shù)據(jù)驅(qū)動的算法。通過算法與處理器架構(gòu)的改進(jìn)，不斷提升性能/功耗比，從而延續(xù)摩爾定律的生命周期。

談到今后的研究方向，鄧中翰說，他將帶領(lǐng)“星光中國芯工程”團(tuán)隊(duì)開展“多核異構(gòu)人工智能處理器”的研究，為在后摩爾定律時代不斷提升信息處理能力探索一條行之有效的自主創(chuàng)新之路，早日打造出更加接近生物人腦工作機(jī)理、更低功耗、更高運(yùn)算性能的“新一代星光智能中國芯”。