陳云霽，開啟智能芯片“寒武紀(jì)”

文/正裕

他帶領(lǐng)團(tuán)隊研制了全球首個深度學(xué)習(xí)處理器芯片“寒武紀(jì)1號”，能效達(dá)傳統(tǒng)芯片百倍，被國際某權(quán)威雜志刊文評價為深度學(xué)習(xí)處理器的“先驅(qū)”和“引領(lǐng)者”。他的基礎(chǔ)研究成果大規(guī)模用于多種智能手機和智能服務(wù)器中，為我國“智能+”產(chǎn)業(yè)核心芯片研發(fā)探索出一條新道路。他叫陳云霽，曾榮膺2019年“最美科技工作者”稱號和第“24屆中國青年五四獎?wù)隆薄?/p>

愛打游戲的“天才少年”

9歲上中學(xué)，14歲考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班，24歲取得中國科學(xué)院博士學(xué)位，29歲晉升為研究員，33歲榮獲中國青年科技獎和中科院青年科學(xué)家獎……相比同齡人，陳云霽的成長像是在“快車道”上飛速行駛。每年，《麻省理工技術(shù)評論》雜志會在全球選出35位35歲以下杰出青年創(chuàng)新者。2015年，32歲的陳云霽入圍了這份榜單。作為中科院計算所研究員、博士生導(dǎo)師的他，還是一個資深游戲玩家，而且因游戲與芯片研發(fā)結(jié)緣。

“游戲給我的大學(xué)時代帶來很多樂趣，讓我打心底認(rèn)為計算機很有意思。但芯片設(shè)計靈感和科研思路，更多還是從科學(xué)實驗和冥想上獲得的。”在陳云霽看來，芯片設(shè)計乃至科學(xué)研究某種意義上也是非常復(fù)雜、激烈的游戲，“只是，這個游戲沒有攻略，也沒有對手，我們要做的是探索方法、超越自己。”

計算機專業(yè)的陳云霽對計算機有著不一般的癡迷。大三時，他憑興趣和執(zhí)著成為研究生實驗室里唯一一名本科生。雖然只是給老師“打下手”，但他興奮不已。大四即將畢業(yè)，陳云霽聽說中科院計算所開始研制國產(chǎn)通用處理器，即“龍芯1號”。他想去中科院計算所讀研究生，又擔(dān)心自己的成績不好。

幸運的是，后來被稱作“龍芯教父”的龍芯1號研制組組長，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員、博導(dǎo)胡偉武是面試官之一。“胡老師覺得我游戲打得很好，又有做科研的潛力，就力排眾議把本科成績并不拔尖的我招為研究生。”就這樣，陳云霽跟隨胡偉武完成了碩博連讀，成為國產(chǎn)龍芯研發(fā)團(tuán)隊中最年輕的成員。

在科技界嶄露頭角

通用處理器是信息產(chǎn)業(yè)的核心部件，研發(fā)這樣的高技術(shù)含量產(chǎn)品，需要深厚的技術(shù)積累。25歲那年，陳云霽成為“龍芯3號”的主設(shè)計師之一，他提出的訪存協(xié)處理器結(jié)構(gòu)，有效緩解了龍芯3B運算帶寬比問題；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)試的一系列關(guān)鍵難題。

與龍芯1號、2號不同，龍芯3號需要進(jìn)行多核處理器架構(gòu)設(shè)計，對處理器性能的要求大大提高。陳云霽和同事一起鉆研文獻(xiàn)，不斷摸索后，提出并實現(xiàn)了一種基于層次化目錄的緩存一致性協(xié)議，使得龍芯3B在相對較低的功耗下即可達(dá)到較高的峰值性能。

這段經(jīng)歷深刻影響了陳云霽的思維方式和工作方法。“無論做什么都會有看得見摸得著的系統(tǒng)，而且往往是‘軟硬結(jié)合’的。智能芯片也是想把‘軟’的人工智能算法與‘硬’的芯片結(jié)合起來。即使現(xiàn)在，計算所的多項研究成果依然保留著這個特色。”陳云霽進(jìn)行處理器體系結(jié)構(gòu)研究和開發(fā)工作近十二年，胡偉武是他的恩師和領(lǐng)路人，“胡老師能想別人不敢想、做別人不愿做的事。他敢想敢拼、雷厲風(fēng)行的作風(fēng)，深深影響了我及后來的‘寒武紀(jì)’團(tuán)隊。”

在外人看來，陳云霽是一個總能“彎道超車”的天才。但他卻說：“科學(xué)研究沒有捷徑可走，要讓中國在人工智能時代實現(xiàn)‘彎道超車’得下苦功夫。”

兄弟“合體”攜手創(chuàng)第一

2008年，陳云霽和弟弟陳天石決定聯(lián)手做人工智能和芯片設(shè)計的交叉研究。小兩歲的弟弟陳天石，幾乎是沿著哥哥的腳步從中科大少年班追到了中科院計算所。陳云霽研究芯片，陳天石研究人工智能。能不能把芯片設(shè)計和人工智能研究交叉起來，做一個讓計算機更聰明的東西？這就成為最初產(chǎn)生“寒武紀(jì)”的研發(fā)設(shè)想。“我們即將進(jìn)入到一個智能時代，有必要探索智能時代的核心物質(zhì)載體，也就是智能芯片。”于是，研發(fā)專門的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，成為兄弟倆的目標(biāo)。

當(dāng)時，國內(nèi)外這方面研究非常少，困難和阻力很大。陳云霽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，卻都被拒絕了。“跟現(xiàn)在的熱鬧相比，當(dāng)時我更多的是感到孤獨。”但陳云霽深信，只要選擇正確方向并堅持下去，總能逐漸改變國際學(xué)術(shù)界，“我的目標(biāo)是要做出全球第一款深度學(xué)習(xí)處理器芯片，通過實際數(shù)據(jù)說明了深度學(xué)習(xí)處理器的潛力。”

十年磨一劍，一朝試鋒芒。2014年，陳云霽團(tuán)隊研發(fā)推出“寒武紀(jì)1號”神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，這是全球首個深度學(xué)習(xí)處理器芯片，也是芯片與人工智能的首次“合作”。2016年，全球首款可商用的深度學(xué)習(xí)處理器“寒武紀(jì)1A”問世，它模擬了人腦的運算方式，可以更迅速、更精準(zhǔn)地進(jìn)行分析。陳天石清晰地記得，寒武紀(jì)芯片的第一款版本可以說是由陳云霽沒日沒夜熬出來的。

2017年11月，寒武紀(jì)迎來了屬于自己的榮耀時刻：發(fā)布新一代AI芯片。看著在臺上口若懸河的陳天石，陳云霽選擇在臺下注視。那一年，兄弟倆雙雙獲得2017年度科技創(chuàng)新人物獎。

“寒武紀(jì)”AI芯片可在計算機中模擬神經(jīng)元和突觸的計算，對信息進(jìn)行智能處理，大大提升了計算機在人工智能領(lǐng)域的計算效能。《科學(xué)》雜志稱其為國際上該方向公認(rèn)的引領(lǐng)者和“先驅(qū)”。談到以“寒武紀(jì)”命名的原因，陳云霽解釋：“寒武紀(jì)是生物進(jìn)化史上的轉(zhuǎn)折點，在此之前，幾乎沒有高等動物存在的證據(jù)。我們希望新一代計算機走上歷史舞臺，開創(chuàng)一個機器智能爆炸性增長的時代。”

如今的陳云霽，身為中科院計算技術(shù)研究所所長助理、中科院計算所寒武紀(jì)基礎(chǔ)研究團(tuán)隊的領(lǐng)導(dǎo)者，他盡力把感興趣的事情做到極致。“搞研究要敢于做大多數(shù)人不敢嘗試的事。胡偉武老師做‘龍芯’時可謂石破天驚，大家都覺得做不出來，但他無畏打擊、堅持前行。”2020年5月，陳云霽獲第24屆“中國青年五四獎?wù)隆保f：“未來我還將持續(xù)探索越來越快、越來越省電、越來越‘聰明’的智能芯片，搭建大規(guī)模的智能計算系統(tǒng)。比起小伙子，我也是大齡青年了，我得加倍努力，報效祖國！”