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        陳云霽的新“寒武紀(jì)”時(shí)代

        2022-12-11 14:04:50李璐璐
        環(huán)球人物 2022年23期
        關(guān)鍵詞:龍芯寒武紀(jì)體系結(jié)構(gòu)

        李璐璐

        2022年5月7日,陳云霽展示由他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制的“寒武紀(jì)1號(hào)”芯片。

        在聯(lián)系近一周之后,陳云霽才擠出時(shí)間接受了采訪。見面時(shí),這位中科院計(jì)算技術(shù)研究所研究員正忙著編程序,辦公桌旁是一張折疊床,側(cè)面墻壁的白板上寫滿了各種結(jié)構(gòu)圖。目前,陳云霽正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)全力攻克處理器設(shè)計(jì)的共性技術(shù)壁壘?!耙恢痹诿Γ刻於几悴磺宄切瞧趲祝 彼χf(shuō),“但只要把研究當(dāng)成興趣,也不覺得累?!边@位“80后”科學(xué)家,已在國(guó)產(chǎn)處理器芯片研制領(lǐng)域耕耘了20余年。

        “讓計(jì)算機(jī)更聰明”“讓機(jī)器更好地服務(wù)人類”……這是陳云霽科研路上的夢(mèng)想和追求。這份夢(mèng)想在兒時(shí)便埋下了種子?!拔倚r(shí)候喜歡看書,家里書架上有很多工程、歷史類的書籍?!标愒旗V說(shuō),“我也喜歡玩游戲,街機(jī)、‘星際爭(zhēng)霸’等玩了不少?!睗u漸地,他對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生了濃厚的興趣。

        興趣和求知欲驅(qū)動(dòng)的探索習(xí)慣為陳云霽的科研之路打下了良好的基礎(chǔ)。陳云霽從小在數(shù)學(xué)上展現(xiàn)出了過(guò)人的天賦,三年級(jí)時(shí)就學(xué)完了全部小學(xué)數(shù)學(xué)課程,9歲小學(xué)畢業(yè)時(shí)已經(jīng)把初中數(shù)學(xué)課程學(xué)完,同時(shí)考上了南昌十中的少年班。

        14歲時(shí),陳云霽考入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班。大三時(shí),他把計(jì)算機(jī)系所有實(shí)驗(yàn)室的門敲了一遍,問是否接收本科生。最終,教計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的周學(xué)海教授所在的實(shí)驗(yàn)室收下了他。在研發(fā)過(guò)程中,盡管做的都是些打下手的“雜活”,卻讓陳云霽感受到計(jì)算機(jī)的巨大魅力。2002年,陳云霽如愿以償來(lái)到了中科院計(jì)算所,跟隨胡偉武研究員碩博連讀。當(dāng)時(shí),計(jì)算所正在研制國(guó)產(chǎn)通用處理器(龍芯1號(hào)),陳云霽成為當(dāng)時(shí)龍芯研發(fā)團(tuán)隊(duì)中最年輕的成員。博士畢業(yè)后,陳云霽順理成章留在了計(jì)算所,成為8核龍芯3號(hào)的主要架構(gòu)師。 “龍芯3號(hào)與龍芯1號(hào)、2號(hào)有所不同,已從單核發(fā)展到多核了。”陳云霽解釋說(shuō),“好比以前一桌菜給一桌客人吃,現(xiàn)在一桌菜要給8桌客人吃。”

        在資源十分匱乏的條件下,陳云霽和同事們邊干邊摸索,提出訪存協(xié)處理器結(jié)構(gòu),有效緩解了龍芯3B運(yùn)算帶寬比問題;提出片上多核處理器的有界誤差全局時(shí)鐘理論,解決了多核處理器驗(yàn)證和調(diào)試的一系列難題,保障了龍芯3號(hào)的研制。研究成果論文被體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域旗艦會(huì)議HPCA(高性能計(jì)算架構(gòu)國(guó)際研討會(huì))錄用,這也是HPCA上第一篇第一作者來(lái)自中國(guó)大陸的論文。2013年,時(shí)任中科院計(jì)算所所長(zhǎng)孫凝暉讓年僅30歲、只做了1年研究員的陳云霽作為學(xué)術(shù)帶頭人主導(dǎo)智能處理器基礎(chǔ)研究。

        2010年,以深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能技術(shù)在全球范圍內(nèi)飛速發(fā)展,然而,智能算法規(guī)??焖僭鲩L(zhǎng),硬件系統(tǒng)的發(fā)展仍異常緩慢。為了解決這個(gè)矛盾,研究計(jì)算機(jī)架構(gòu)的陳云霽與計(jì)算所研究人工智能的同事展開了交流合作?!拔磥?lái)的智能計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)該是什么樣的?”成為了陳云霽每天思考的問題。

        科研路上,弟弟陳天石也來(lái)到了他的身邊。陳天石同樣畢業(yè)于中科大少年班。2007年,陳天石作為客座博士生從中科大來(lái)到了計(jì)算所,研究方向是人工智能算法。一個(gè)做硬件、一個(gè)做軟件,兄弟倆決定聯(lián)手做人工智能和芯片設(shè)計(jì)的交叉研究。這是他們年少時(shí)的一個(gè)想法:“做一個(gè)東西讓計(jì)算機(jī)更聰明,終極目標(biāo)像人一樣聰明”。

        當(dāng)時(shí),人工智能研究正處于低谷期,人工智能和芯片設(shè)計(jì)的交叉研究更不被業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可。學(xué)生們擔(dān)憂:做完研究,發(fā)不出論文是不是沒法畢業(yè)?項(xiàng)目申請(qǐng)也不順利,兄弟倆只能在日常工作之余開展研究。他們經(jīng)常吃過(guò)早飯就坐在電腦前不間斷地工作,等感覺餓了已是晚上。熬夜是家常便飯,累了就在折疊床上囫圇一覺……他們先后提出一系列基于人工智能方法的處理器研發(fā)技術(shù),多次向體系結(jié)構(gòu)頂級(jí)會(huì)議投稿,但都一一被拒?!袄щy一個(gè)接著一個(gè),但問題解決之后的喜悅是常人無(wú)法體會(huì)的?!标愒旗V說(shuō)。

        陳云霽( 右一)與龍芯研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員合影(2007年1月1日攝)。

        2022年5月7日,陳云霽(前右)與科研團(tuán)隊(duì)。

        功夫不負(fù)有心人。2014年,他們研制的國(guó)際上首個(gè)深度學(xué)習(xí)處理器芯片與電腦主板成功連接,能效達(dá)到傳統(tǒng)芯片的近百倍,圓滿實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。在美國(guó)鹽湖城召開的國(guó)際計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)支持、編程語(yǔ)言和操作系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議(ASPLOS)上,陳云霽與法國(guó)國(guó)立計(jì)算機(jī)及自動(dòng)化研究院的奧利弗·特曼教授合作的“一種小尺度的高吞吐率機(jī)器學(xué)習(xí)加速器”,獲得了最佳論文獎(jiǎng)。這是中國(guó)內(nèi)地科研機(jī)構(gòu)首次在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和高性能計(jì)算領(lǐng)域頂級(jí)國(guó)際會(huì)議上獲得最佳論文獎(jiǎng),也是亞洲首次、美國(guó)之外國(guó)家第二次獲得ASPLOS會(huì)議的最佳論文。以“DianNao”和“DaDianNao”中文拼音命名的深度學(xué)習(xí)處理器架構(gòu)正式出現(xiàn)在了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的國(guó)際舞臺(tái)上。參加國(guó)際會(huì)議時(shí),陳云霽一遍遍地給外國(guó)同行糾正發(fā)音,他自豪地說(shuō):“之前沒有中文發(fā)音的芯片,我們借此也傳播了中國(guó)文化。”

        2021年7月27日-28日,第二十三屆中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)年會(huì)在北京召開。圖為陳云霽在閉幕式上作《深度學(xué)習(xí)處理器》主旨報(bào)告。

        這之后,陳云霽全身心投入實(shí)際芯片研發(fā),挑戰(zhàn)深度學(xué)習(xí)處理器芯片。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破深度學(xué)習(xí)處理器設(shè)計(jì)中的規(guī)模、適配、能效三個(gè)核心挑戰(zhàn),最終,研發(fā)出國(guó)際首個(gè)深度學(xué)習(xí)處理器芯片“寒武紀(jì)”?!啊浼o(jì)’是顯生宙的開始,希望能開啟人工智能的新紀(jì)元?!标愒旗V說(shuō)?!昂浼o(jì)”誕生的那一刻,陳云霽高興地隨手抓起身旁的拖把,和身邊的同學(xué)們即興表演了一段“棍棒舞”。

        2018年2月,世界權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志刊文稱,寒武紀(jì)的一系列成果為深度學(xué)習(xí)處理器領(lǐng)域作出了“開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”,陳云霽和他的團(tuán)隊(duì)被評(píng)價(jià)為該領(lǐng)域的先驅(qū)和引領(lǐng)者。陳云霽也被評(píng)為2015年度全球35位杰出青年創(chuàng)新者。

        回顧科研生涯,陳云霽說(shuō):“從導(dǎo)師胡偉武身上,不僅學(xué)會(huì)如何設(shè)計(jì)芯片,更明白了一個(gè)深刻的道理,科學(xué)研究從來(lái)沒有捷徑可走,需要苦干實(shí)干。 ”

        歷時(shí)十余年,深度學(xué)習(xí)處理器芯片已經(jīng)應(yīng)用在數(shù)千萬(wàn)智能終端上,涉及智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、無(wú)人機(jī)和智能駕駛等多種場(chǎng)景。

        除了研發(fā)強(qiáng)大的人工智能處理器,陳云霽尤為看重人工智能時(shí)代的生態(tài)布局。“開發(fā)芯片的同時(shí),我們提出了一種與通用計(jì)算完全不同的指令集?!标愒旗V解釋,指令集就是電腦硬件與軟件之間互相“對(duì)話”的語(yǔ)言,是構(gòu)筑信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)的基礎(chǔ)之一。以往信息產(chǎn)業(yè)主要應(yīng)用X86和ARM兩種指令集,大部分軟件和應(yīng)用程序都以此為基礎(chǔ)開發(fā)——這讓所有后來(lái)者難以在傳統(tǒng)信息產(chǎn)業(yè)中做大做強(qiáng)。

        “我們?cè)瓉?lái)在這方面幾乎沒有發(fā)言權(quán),但智能時(shí)代給了一個(gè)機(jī)會(huì)?!标愒旗V說(shuō),“我們已經(jīng)邁出第一步,未來(lái)或許能夠建立起開放共贏的信息產(chǎn)業(yè)新生態(tài)?!彼?jīng)常用自己的經(jīng)歷啟發(fā)學(xué)生:“不要為了發(fā)論文而一味去追逐熱點(diǎn),要努力去做那些未來(lái)有前景、現(xiàn)在沒被關(guān)注的方向。”

        即使碩果累累、榮譽(yù)加身,對(duì)于陳云霽而言都已經(jīng)是過(guò)去時(shí),如今的他,仍然奮斗在智能計(jì)算系統(tǒng)研究的前線?!翱茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展路徑往往會(huì)出人意料。未來(lái)50年,計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力將達(dá)到人類大腦的幾十億倍。智能硬件在提升計(jì)算能力的同時(shí),也在推進(jìn)著智能算法的快速發(fā)展。近乎無(wú)窮的計(jì)算能力也許會(huì)革新當(dāng)前符號(hào)主義主導(dǎo)或聯(lián)結(jié)主義主導(dǎo)的已有智能計(jì)算范式,帶來(lái)人工智能能力的跨越式提升。”陳云霽說(shuō),“作為一名科研人員,做未知領(lǐng)域的科研探索會(huì)很孤獨(dú),特別是做別人沒有做過(guò)的無(wú)人區(qū),會(huì)更加孤獨(dú)。但是,在我看來(lái),有科學(xué)理想的人應(yīng)該偏離一般意義的最優(yōu)路徑,有勇氣探索冷門、未知的領(lǐng)域,人工智能的星辰大海是他值得投入全部精力去探索奮斗的畢生事業(yè)?!?/p>

        陳云霽喜歡引用茨威格在《人類群星閃耀時(shí)》的一段話:“一個(gè)人生命中最大的幸運(yùn),莫過(guò)于在他的人生中途,年富力強(qiáng)的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)了自己的使命?!彼f(shuō):“能把興趣和工作結(jié)合在一起,我感覺特別幸運(yùn)。”

        1983年出生于江西南昌,中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所副所長(zhǎng),研究員,博士生導(dǎo)師。主持的項(xiàng)目“深度學(xué)習(xí)處理器體系結(jié)構(gòu)新范式”獲2020年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。2022年,獲得“全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆薄?/p>

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