孟醒

寒武紀作為地質(zhì)學上的概念，指的是生命大爆發(fā)的時代。而在2016年，這個古老的地質(zhì)科學概念，延展出一個新的科技內(nèi)涵——全球智能芯片的先行者。

在國際上，目前領(lǐng)先的科技公司中，有很多都是“管理+科技”的“雙駕馬車”創(chuàng)始人結(jié)構(gòu)，比如蘋果、微軟、惠普、谷歌等。在中國，有一家新興獨角獸高科技公司，他的兩位創(chuàng)始人，也是這種工作結(jié)構(gòu)，而且這兩人還是親兄弟。這對于中國計劃生育時代出生的人來說，也許是獨一無二的，恐怕在世界范圍內(nèi)也屬鳳毛麟角。

他們是陳云霽與陳天石兄弟。

成長為初

陳云霽與陳天石兄弟出生在在江西南昌的一個普通知識分子家庭。父親是電力工程師，母親是歷史老師。從知識背景來說，這是一個文理兼通的家庭。

這樣家庭的孩子，大多秉承父母的基因，在讀書學習上不存障礙，是“被鄰居羨慕的好學生”。1983年出生的哥哥陳云霽，9歲時就是南昌市第十中學的學生了。僅從年代來看，無疑是多次跳級了。他14歲入讀中國科學技術(shù)大學少年班，19歲轉(zhuǎn)入中科院計算所碩博連讀，成為當時國產(chǎn)芯片“龍芯”研發(fā)團隊中最年輕的成員，24歲順順當當取得計算機博士學位。25歲，陳云霽就已經(jīng)成為8核龍芯3號的主架構(gòu)師。筆者記得有一段時間，輿論曾對中科大少年班以“拔苗助長”之類的批評，而陳云霽卻是“小時了了，大未必佳”的反例。

在一個家庭里，如果有兄弟的話，哥哥的成長往往對弟弟形成良性刺激，甚至讓后者亦步亦趨。相差兩歲的陳云霽、陳天石兄弟，所走過的道路更為典型，弟弟陳天石幾乎復(fù)制了哥哥的成長道路，大學所讀的也是中科大少年班，畢業(yè)后也到了中科院計算所。

讀博士期間，陳云霽的研究方向是芯片，陳天石的主攻方向是人工智能，兄弟倆的共同興趣都是深度學習處理器，兄弟合璧劍指人工智能芯片。這樣，兄弟倆就成為了創(chuàng)業(yè)合伙人。2016年3月，陳云霽、陳天石合伙創(chuàng)立了寒武紀公司。此后，哥哥陳云霽仍在中科院計算所繼續(xù)進行科研，但重點由學術(shù)研究轉(zhuǎn)向市場技術(shù)。而弟弟陳天石則出任寒武紀科技的CEO。

這樣的選擇與安排，緣于兄弟倆的迥異性格。陳云霽性格大膽，勇于嘗試，更利于科研創(chuàng)新。而陳天石性格穩(wěn)重，思慮縝密，更利于把握市場。性格上的互補形成創(chuàng)新沖鋒與踏實推進的優(yōu)勢。用陳云霽的話說，性格的沖突往往導(dǎo)致爭吵，但兄弟親情則融合掉爭吵帶來的沖突，最后妥協(xié)做出的決定，往往就是既能規(guī)避風險，又有一定創(chuàng)新性的最佳選擇?！叭绻覀儎?chuàng)業(yè)能夠成功，這是一個很重要的決定性因素?！标愒旗V說。陳天石則半開玩笑地說：“如果我們不是兄弟，恐怕很難合作下去。”

兩人將自己創(chuàng)業(yè)公司的名字，選定為“寒武紀”?！昂浼o”，一個距今約5億年的地質(zhì)年代。正是在這個年代，地球生命開始大爆發(fā)。而生命大爆發(fā)用達爾文的進化論卻無法解釋，被稱為地質(zhì)懸案。不管怎么說，“寒武紀科技”都期望他們的主打產(chǎn)品人工智能處理器，能推動人工智能快速發(fā)展，助力人類科技大爆發(fā)。

寒武紀科技成立不久，即推出了全球首款深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器芯片1A，并在當年就拿到了上億元訂單。

創(chuàng)新為基

通常，人們只看到了成果，而往往忽略了過程，就像深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器芯片的問世，同樣不可能是從天而降的。

寒武紀科技最早可以追溯到中國科學院計算技術(shù)研究所下的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和芯片課題組。課題組的領(lǐng)導(dǎo)者就是陳云霽與陳天石。該課題組從2008年開始研究，直到2012年才陸續(xù)發(fā)表研究成果。期間的這段時間，就是坐冷板凳。這再一次說明沒有坐冷板凳的功夫，所謂成功都只能是“鏡花水月”。寒武紀的第一代芯片名為為DianNao，就是“電腦”的漢語拼音?？梢韵胂筮@么一個場景，國外同行問芯片的名字時，陳氏兄弟的微笑回答。這個場景并不好笑，也并不是他們教人家漢語，但無疑暗含著他們要讓人家認識中國的企望。對于這一點筆者無法表達自己的感受。這款芯片主頻為0.98GHz，峰值性能達每秒4520億次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本運算。它的平均性能超過當時主流CPU的100倍，但功耗僅有十分之一。最新的第三代PuDianNao芯片的性能與主流GPGPU相當，但功耗僅有百分之一。第二代的名字是DaDianNao。2016年課題組提出的深度學習處理器指令集（指計算機芯片能讀懂的語言）DianNaoYu被計算機體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域頂級國際會議ISCA2016所接受。模擬實驗表明，相對于傳統(tǒng)的執(zhí)行x86指令集的芯片，“寒武紀”芯片在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算方面有兩個數(shù)量級的性能提升。

2014年3月，《Dian-Nao：一種小尺度的高吞吐率機器學習加速器》，在國際頂級學術(shù)會議ASPLOS上獲得了最佳論文獎。這是中國也是亞洲科研機構(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。2014年12月，DaDianNao（又稱寒武紀2號神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，面向大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用），榮獲2014年度Micro最佳論文。這是Micro自1963年創(chuàng)辦以來，美國以外研究者第一次摘得這個獎項。早在2007年，陳云霽博士畢業(yè)后，就進入了龍芯研究團隊，并在中科院計算所胡偉武研究員指導(dǎo)下，開始龍芯3號的總體設(shè)計。緣于龍芯3號的體系結(jié)構(gòu)，由龍芯1號、2號的單核，升級為多核，陳云霽提出了一個新的體系結(jié)構(gòu)，并據(jù)此在2008年創(chuàng)作了一篇論文。這篇論文最終被體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域三大旗艦會議HPCA錄用，這也是HPCA歷史上第一篇第一作者來自中國大陸的論文。2010年，陳天石到計算所工作后，兄弟兩人開始合作研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器。最初，他們提出的一系列基于人工智能方法的處理器研發(fā)技術(shù)，多次被體系結(jié)構(gòu)頂級會議拒絕。但這些挫折并沒有讓他們放棄已經(jīng)選定的科研方向，而是更加激發(fā)了他們的雄心，將研究工作朝著更深更透的目標推進。在基于半監(jiān)督學習的處理器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的論文發(fā)表之后，相關(guān)研究論文相繼推出。作為一個轉(zhuǎn)折點，這項研究成果被命名為“寒武紀1號”（面向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原型處理器），也就是“DianNao”。

截至目前，寒武紀在計算機體系結(jié)構(gòu)方面的系列技術(shù)成果已經(jīng)獲得國際四大頂級會議的認可：ASPLOS上有兩篇，ISCA上有兩篇， MICRO與HPCA各有一篇。

對此，二陳在2014年5月刊發(fā)的《中國計算機學會通訊》（第10卷第5期）上曾寫道：

“從2008年到現(xiàn)在，我們已經(jīng)在體系結(jié)構(gòu)和人工智能的交叉研究方向上工作了6年。作為國際上為數(shù)不多的幾個長期開展此方向研究的團隊之一，我們在不被認可中堅持了下來，并嘗試通過自己的努力來改善這個領(lǐng)域的環(huán)境（當然近年來環(huán)境的改善也得益于深度學習的興起），最終得到了學術(shù)界一定程度的肯定?！?/p>

“經(jīng)過長期的等待和努力，也許有一天，自己的研究方向就會成為熱點。到那時，過去的一切坎坷都會被證明是值得的。”2014年的希望如今變成了現(xiàn)實，寒武紀芯片的開創(chuàng)性在智能芯片上引領(lǐng)了世界。

有院士認為，“寒武紀”在深度學習處理器指令集上的開創(chuàng)性進展，為我國占據(jù)智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)的領(lǐng)導(dǎo)性地位提供了技術(shù)支撐。

市場為道

在上世紀80年代，人工智能因為市場化發(fā)展，相當長一個時期跌入低谷。

近年來，隨著科技的整體進步，尤其是算法、應(yīng)用和工藝方面的飛速進展，人工智能已成起飛之勢，與之相應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器也得以涅槃重生。

2006年， Hinton、LeCun和Bengio等人提出了深度學習方法，被計算機網(wǎng)絡(luò)建設(shè)所重視，在深層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓練上取得新的巨大突破。通過深度學習，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的效能一舉趕上甚至超過了機器學習方法，IBM、谷歌、微軟、科大訊飛、百度等在人工智能的多個方向上都取得了實際應(yīng)用，進步速度加快。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成為最有效的認知任務(wù)處理算法之一，伴隨人工智能的飛速發(fā)展，專門的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理芯片在市場上的發(fā)展道路，前景也變得光明起來。自然而然，計算機體系結(jié)構(gòu)研究方向就由傳統(tǒng)的機器計算轉(zhuǎn)到認知計算上。在認知計算成為創(chuàng)新性方向的情景下，市場對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的需求會呈爆發(fā)式增長。因此說，寒武紀的市場前景被普遍看好。目前，寒武紀的產(chǎn)業(yè)化成果正接受市場檢驗。

2017年8月，寒武紀科技獲得了國投、阿里巴巴、聯(lián)想等共計1億美元融資，成為估值近10億美元的智能芯片領(lǐng)域獨角獸公司。

近期，寒武紀終端處理器IP產(chǎn)品已衍生出1A、1H等多個型號，在未來數(shù)年，全世界有數(shù)億終端設(shè)備可望通過集成寒武紀處理器獲得強大的本地智能處理能力。

在2017年8月底中科院舉辦的“探索者”創(chuàng)新大會上，陳云霽作題為“制造機器大腦”的演講時提出：“要讓人工智能芯片計算效率提高一萬倍，功耗降低到萬分之一。這意味著我們可以把AlphaGo這樣的東西放到手機里，讓手機幫助我們做各種各樣的事情，甚至通過長期的觀察和學習，真正實現(xiàn)強大的智能?！币獙崿F(xiàn)這一目標，必須解決阻礙人工智能芯片發(fā)展的通用處理器功耗高、效率低的問題。陳云霽解釋道：“如果要用通用處理器搭建一個人腦規(guī)模突觸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可能需要建一個電站來給它供電。AlphaGo下一盤棋動用了1000個CPU和200個GPU，每分鐘的電費就高達300美元，而網(wǎng)絡(luò)規(guī)模只有人腦的千分之一?！?/p>

寒武紀人工智能（AI）芯片所要解決的就是這樣的問題——通過模擬神經(jīng)元和突觸的計算模式，對信息進行智能處理，專門設(shè)計的存儲結(jié)構(gòu)和指令集，每秒可以處理160億個神經(jīng)元和超過2萬億個突觸，功耗卻只有原來的十分之一。

在陳天石看來，未來的AI芯片應(yīng)當是一種新型的處理器，能具有廣闊的應(yīng)用面（包括語音、語義、圖像、視頻、自然語言多模態(tài)處理能力），同時具備遠超CPU和GPU的效率?！澳壳?，像Alpha Go這樣的軟件算法是在GPU上執(zhí)行的，將來如果使用了帶有‘電腦語指令集的‘寒武紀處理器，深度學習（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）的運算速度會得到明顯提升?！标愄焓f。對此，他以“瑞士軍刀和菜刀”來比喻通用處理器和深度學習處理器的關(guān)系：作為通用處理器的瑞士軍刀，雖然功能多，但是做菜的時候，還是深度學習處理器這把菜刀更合適于做智能處理。

對寒武紀的未來，陳天石多有憧憬：“上個世紀以來，美國信息技術(shù)快速發(fā)展，涌現(xiàn)出以Intel為代表的一系列偉大的芯片公司，驅(qū)動人類社會從工業(yè)時代過渡到信息時代。近年來，隨著人工智能技術(shù)和腦科學的加速發(fā)展，以智能手機、智能駕駛、智能制造和機器人為代表的智能技術(shù)開始逐漸成熟。人類社會正處于從信息時代到智能時代的拐點，芯片的使命將從信息時代的計算轉(zhuǎn)變?yōu)橹螜C器智能。而寒武紀正是能夠擔當起這一光榮使命的公司?！?/p>

2017年9月2日，華為在德國IFA展上發(fā)布的全球首款麒麟 970移動計算平臺，就搭載了寒武紀的嵌入式 IP。這款2016年發(fā)布的全球首款商用深度學習專用處理器IP，入選了第三屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會評選的十五項“世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技成果”。但也有人說，華為使用的是寒武紀科技的指令集。而華為的旗艦手機Mate10則采用了寒武紀人工智能產(chǎn)業(yè)化的第一款產(chǎn)品1A處理器。對于這款處理器，陳天石有一個說法：“我們的產(chǎn)品寒武紀1A處理器，可以跟蘋果產(chǎn)品一較高下，結(jié)果我們很輕松打贏了這場戰(zhàn)斗。我們并不是靠著蠻力去堆運算器，而是依靠最先進的、稀疏化的技術(shù)，四兩撥千斤，讓華為Mate10的智能處理速度打敗了強大的蘋果iPhoneX?！庇萌A為Mate10手機掃一頁英文論文，微軟翻譯軟件可實時將其轉(zhuǎn)化為中文。而嵌入該處理器的手機、電腦等智能終端，對圖片、音頻等的理解速度會提升近百倍。

很快，寒武紀在2017年11月6日的首場發(fā)布會上，一口氣推出了四款新產(chǎn)品：面向視覺領(lǐng)域的寒武紀 1H8、性能更強的寒武紀 1H16，以及面向智能駕駛領(lǐng)域的寒武紀 1M，同時推出了面向開發(fā)者的人工智能系統(tǒng)軟件 Cambricon NeuWare。寒武紀科技還宣布，計劃在2018年推出機器學習處理器MLU（機器學習處理器）系列。目前，曙光已推出基于Cambricon MLU100智能處理卡服務(wù)器產(chǎn)品系列“PHANERON”，可以支持2～10塊寒武紀MLU處理卡，靈活應(yīng)對不同的智能應(yīng)用負載。

前三款硬件產(chǎn)品，與寒武紀1A相比，在功耗、能效比、成本控制等方面均實現(xiàn)了大幅優(yōu)化，適用范圍覆蓋了圖像識別、安防監(jiān)控、智能駕駛、無人機、語音識別、自然語言處理等多個應(yīng)用領(lǐng)域。

對于寒武紀芯片的市場化方向，陳天石透露：“主要是兩方面：一是終端，二是云端。終端產(chǎn)品就是手機、智能眼鏡、手環(huán)等，需要芯片去識別圖像、影音和文字。而在云端，像科大訊飛、曙光這樣知名的云端客戶，都已經(jīng)是寒武紀的客戶?！?/p>

目前看，市場化的道路并不能限制寒武紀的想象力：“我們的夢想不是準確模擬人類的大腦，而是制造出強人工智能”，“一旦實現(xiàn)人類級別的強人工智能，憑借機器智能和腦機接口，人類將擁有近乎無限的記憶和計算能力，甚至無限的創(chuàng)造力，最終使得生物的進化邁上一個新的臺階，成為更高級的形態(tài)?！?/p>