施路平：点破“天机”，他给自行车装上大脑

清华大学东区操场上，一辆黑科技自行车正在撒欢——不需要真人操纵就能实现自平衡，越过路面的小凸起也不会摔倒，可以轻松识别“向左转”、“直行”、“加速”等语音指令，甚至能够躲避障碍，跟随主人的步伐。

难道自行车也“成了精”？并没有，它只是配上了“天机芯”大脑，成为了世界上第一辆既有“电脑”思维又有“人脑”思维，可以顺利执行各种指令的真·自行·车。

“

这可能是最接近独立思考的自动行驶自行车。

——美国《纽约时报》

”

自行车一小步，人工智能一大步。基于此研究成果的论文《面向通用人工智能的异构天机芯片架构》，登上了8月1日世界权威学术期刊《自然》（Nature）杂志的封面。这项轰动世界的科学成果背后，是清华大学类脑计算研究中心施路平教授及其团队的7年潜心研究。

AGI，人工智能的下一个里程碑

近些年，人工智能（AI）方兴未艾，我们或多或少都有所耳闻。但是提起通用人工智能（Artificial general intelligence, AGI），却少有人了解。

人工智能的智力水平本应与人类不分伯仲。但事实上，目前基于冯·诺依曼架构的计算机，仅擅长解决有充足数据、完整静态知识的确定性问题，比如图像识别等领域。对于没有那么多数据、动态知识不够多的模糊性问题，人工智能却败下阵来，无法像人脑一样在20瓦的能耗下并行解决视觉、听觉、嗅觉、触觉等多模态信息。

于是，人工智能在跌宕起伏的发展过程中，其内涵已经发生了变化，从最开始的“智能”，悄然偏离为机器学习、统计分析的代名词，备受局限。在这种情况下，一些怀抱初心的学者成立了通用人工智能协会，并确定使用“通用人工智能”（AGI）一词作为正规称谓。他们希望打破AI专有性的限制，发展可以赋能各行各业的通用人工智能——原则上，通用人工智能可以执行人类能够完成的所有任务。

是的，所有任务。

“自然界中唯一的AGI系统就是人脑，所以朝着这一方向进发，是研究中十分宝贵的方向感，”施路平教授说。

施路平教授做学术报告

芯片是人工智能系统的大脑。现阶段发展通用人工智能可以选择两种“大脑”：一种是计算机科学导向、基于“电脑”研究的方法，让计算机运行机器学习算法，其代表是非脉冲式的人工神经网络（ANNs）；另一种是神经科学导向、基于“人脑”研究的方法，无限度地模拟人的大脑，其代表为脉冲神经网络（SNN）。

这两种方法能够解决各自领域内数据丰富的专门任务，但要解决与多系统相关的、信息不完整的复杂动态问题，仍然无能为力。并且，它们虽然同为“人工智能”，却互不兼容、无法交流——因为两种“大脑”在开发平台、思路、理念和实现方案上存在根本差异。因此，将两者合二为一，一直都只是一个“看起来很美”的构想。

天堑变通途：全球首款异构融合类脑芯片

难题在施路平教授这里出现了转机。

施路平及其团队开发的“天机芯”，把两类原本互不兼容的人工智能芯片融为一体，能够同时支持计算机科学和神经科学的神经网络模型，在ANNs和SNN之间搭起了一座桥梁。

天机异构融合类脑计算架构

这枚世界首款“异构融合类脑芯片”，不仅解决了学术界的一大难题，更实现了“中国队”零的突破——基于这一研究的论文，成为中国研究团队在《自然》上发表的首篇横跨芯片、人工智能两大领域的论文。

施路平及其团队从2012年就展开了这项研究，但他们很快发现，最大的挑战既不来自科学，也不来自技术，而是来自不同学科之间的分野。于是，他们联络七个院系组成了一个类脑计算研究中心，覆盖脑科学、计算机、微电子、电子、精仪、自动化、材料等专业领域。

多学科深度融合是解决问题的关键。正如施路平教授所说，“天机芯”是人脑和电脑的融合，是计算和存储的融合，是时空复杂性和空间复杂性的融合，也是空间编码和时间编码的融合。

第一代“天机芯”诞生于2015年。2016年4月，李克强总理到清华大学考察时，还特别参观了第一代“天机芯”板级系统的无人智能自行车。经过不断优化，2017年，具有高速度、高性能、低功耗等特点的第二代“天机芯”问世。在它出现之前，世界上最先进的人工智能芯片是美国IBM公司旗下的TrueNorth芯片，集成54亿个晶圆体、650万个神经元、160亿个神经突触。而天机芯的组件密度比TrueNorth还要大20%，运算速度远超 TrueNorth 十倍。

“天机芯”登上Nature封面

美国《麻省理工学院技术评论》认为，“天机芯”在无人驾驶自行车上的成功实验，显示了中国在芯片领域日益增长的专业能力，也展示了旨在优化人工智能算法的全新芯片设计方法的价值。

除了无人自行车，该芯片在自动驾驶汽车、智能机器人等领域也有极大的应用空间。此外，因其低能耗、低成本等特性，该芯片在家庭和服务性场景中也大有用武之地。“用类脑计算支撑通用人工智能的发展，然后赋能各行各业，是我们研究的愿景。”施路平说。

尽管施路平教授谦逊地表示这只是初步的工作成果，但毫无疑问，它将对通用人工智能计算平台的发展起到关键的推动作用。

11月3日，施路平教授将来到腾讯科学WE大会，和我们分享“天机芯”的前世今生，为我们描绘他心目中的“未来式AI生活”。