來源：CNS類腦智能分會

編輯：李梅

審核：王剛，鄧?yán)冢铧S龍

在2025年北京智源大會的類腦大模型論壇上，中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會類腦智能分會委員、清華大學(xué)計算機(jī)系研究員張悠慧做了題為“‘通用’類腦計算系統(tǒng)研究”的專題報告。報告從類腦計算系統(tǒng)面臨的軟硬件生態(tài)系統(tǒng)碎片化問題入手，認(rèn)為可以從通用計算機(jī)等的發(fā)展脈絡(luò)與發(fā)展方法論里汲取經(jīng)驗來指導(dǎo)類腦系統(tǒng)研發(fā)，進(jìn)而通過分析類腦計算應(yīng)用的計算/數(shù)據(jù)訪問特征，提出構(gòu)建“通用”基礎(chǔ)軟件以及與通用處理器架構(gòu)融合的類腦計算芯片，并介紹了團(tuán)隊在這方面的工作。

報告首先結(jié)合年初《自然》發(fā)表的“neuromorphic computing at scale”一文指出，類腦計算系統(tǒng)在蓬勃發(fā)展的同時，面臨著軟硬件生態(tài)系統(tǒng)碎片化問題，包括欠缺應(yīng)用與軟件通用規(guī)范、缺乏跨平臺編譯工具、缺乏統(tǒng)一的硬件抽象層等；這些導(dǎo)致以類腦芯片硬件為核心的類腦系統(tǒng)存在軟硬件緊耦合問題。

圖1 類腦計算系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

其次，報告分析了類腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算特征，認(rèn)為雖然類腦計算具有稀疏計算、事件觸發(fā)等共性，但類腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練/學(xué)習(xí)算法的多樣化探索，以及類腦應(yīng)用類型的日益豐富，使得這些“共性”特征在不同應(yīng)用或者不同系統(tǒng)層次上呈現(xiàn)出顯著“差異”，這就對類腦計算系統(tǒng)對這些算法與應(yīng)用的“普適”支持提出了更大挑戰(zhàn)。

因此，提出要采用層次化與軟硬件去耦合技術(shù)路線，研發(fā)“通用”類腦計算系統(tǒng)，包括軟硬件去耦合的、不特定于芯片的編譯框架，以及兼顧靈活編程與高性能的芯片架構(gòu)，以高效應(yīng)對上述挑戰(zhàn)。而在具體技術(shù)方案上，可以從其它計算系統(tǒng)的發(fā)展歷史與方法論中獲得啟示，如領(lǐng)域?qū)Ｓ眉軜?gòu)（Domain Specific Architecture，DSA）時代計算系統(tǒng)的技術(shù)路線。

隨后，具體介紹了團(tuán)隊在類腦芯片架構(gòu)與編譯框架方面的工作。比如，在與通用處理器內(nèi)核緊密融合的基礎(chǔ)上，針對類腦計算特征進(jìn)行非ad-hoc的微架構(gòu)擴(kuò)展以及指令擴(kuò)展，實現(xiàn)了類腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高計算性能與效能，并成功進(jìn)行兩次流片驗證。

最后，報告認(rèn)為，將適宜且充分的算力以友好易用方式提供給類腦計算領(lǐng)域相關(guān)研究者，是促進(jìn)這一交叉領(lǐng)域協(xié)作研發(fā)與演進(jìn)的關(guān)鍵，也是類腦計算系統(tǒng)研究者的責(zé)任。

報告專家張悠慧，系清華大學(xué)計算機(jī)系研究員、博導(dǎo)，國家高層次人才計劃入選者，中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會類腦智能分會委員。研究領(lǐng)域為新型計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、類腦計算基礎(chǔ)軟硬件。以第一作者/通訊作者發(fā)表NATURE、ASPLOS、MICRO、PPoPP、DAC、NIPS、IEEE TC/TPDS等重要學(xué)術(shù)期刊、會議論文數(shù)十篇。獲得包括國家科技進(jìn)步二等獎、高等教育國家級教學(xué)成果獎二等獎、北京市自然科學(xué)一等獎、世界互聯(lián)網(wǎng)大會領(lǐng)先科技成果獎、國內(nèi)十大科學(xué)進(jìn)展、CCF技術(shù)發(fā)明獎等在內(nèi)的國際國內(nèi)獎項10余項。

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