在人工智能社会，智能芯片为什么不可或缺？

北京中科寒武纪科技有限公司副总裁钱诚认为，在人工智能社会，智能芯片是不可或缺的。新华网 李林 摄

在人工智能社会，智能芯片为什么不可或缺？

就像芯片对于我们信息时代所起的重要作用一样，在人工智能社会，智能芯片也是不可或缺的。

像我们现在的一些典型的应用是必须要智能芯片才能够去完成的。比如，如何让我们沉浸在像虚拟现实的这种智能终端这样一个场景中间头不晕？其实，只需要一分钟，智能芯片就能捕捉我们几个眼球的震动，来实时调焦距，这样人在里面就不会头晕了。像VR的一些内容，现在发展得非常火爆。但是，有一个比较大的痛点就是它跟人的互动还是没有那么紧密。这中间，还要运行很多人工智能的算法。它还可以提升VR眼镜的运行速度，降低它的功耗。自动驾驶汽车也需要智能芯片实现1秒钟100次以上的循环。现在互联网上大量的短视频，还有像手机上的语音购物的应用，它们也需要智能芯片才能做这样一个处理。再比如说，现在我们用的是2万多块钱成本的智能加速卡，它1秒钟可以支持20个人做手机端的语音购物，但这些都必须要用智能芯片才能够去完成。

我们人工智能应用的这些能力，比如图像、语音识别的能力，主要是基于云端大量的服务器集群才能够做到。如果我们希望它做到移动终端，如手机、汽车上面去，出去野营拉练也能够完成人工智能的应用，并在不远的将来计算速度至少要提升1万倍以上，那么相应其他方面的功能也要做相应的提升。所以对于业界产业化的公司来说，这个发展空间非常大。

未来的智能芯片会有哪些不同的形态？

有一个资深的日本专家提出：每十年，在需求的推动下会出现新的半导体的形态。上世纪70年代以后，世界上出现了通用的CPU、定向定制电路、科学计算机GPU，可编程逻辑阵列，还有手机上的芯片等等，但是从2016年、2017年，大家都开始聚焦智能芯片，并用一个新的形态来做相应的处理，这种形态大家觉得应该要做成什么样子呢？现在有三种不同的想法。

第一种，就是类脑的方向。这种方向是希望能够模拟我们人类智能产生的原因。 通过这个模型的芯片，或者是其他的介质当中实现出来。比如说像描述神经元行为、生物界行为的方程，这样模拟出来的很好，它不需要太强的计算能力，功耗丰富低，但图象识别不到90%以上的准确率，还不能做大规模的工业应用。

另一个路线基于数学和统计学的原理，基于一些并行计算能力加速的模式 ，如现在占垄断地位的GPU。但是它的缺点是它的性能提升曲线不太陡峭，同时它的功耗也无法进一步的降低，因为它相对来说更加通用一些。如果我们现在人工智能应用更加蓬勃发展，可以说我们以后每个城市做相应的人工智能处理，这方面的耗电量可能相当于这个城市里面每个家庭一个空调24小时开着这样一个耗电量，这是一个不可持续发展的过程。

业界几乎所有的芯片公司都在研究的是第三种，就是一种给更加专于深度学习的处理器来做人工智能的加速。 可以说现在几乎所有的芯片公司、所有的互联网或者说头部企业，还有新兴人工智能公司也都要做自己的智能芯片。因为现在人工智能的应用，确实是非常离不开硬件加速。每个公司都需要做垂直整合，现在这些智能芯片上运行的人工智能算法，不仅是要满足于对物体做一个分类、做一个识别，渐渐地，还要能够理解我们分类识别的物体之间的联系。现在，人工智能主要应用在计算智能。计算智能只是结果近似于我们人脑智能的结果，但是它并不是一个真正的智能，所以它的缺点是算法单一，容易被欺骗，也可能被对抗干扰。比如说在识别图像时，如果我们改其中的一个像素点，一只猫就有可能被识别成为一艘游艇。在自动驾驶中也有类似的案例。比如说高速公路上面，强烈阳光照射下的车厢，有可能被识别成白云，这样，汽车就会一头扎进去。所以，在运算时就需要对摄像头传来的图像做一个识别，对汽车雷达点阵做一个建模，也需要后台的数据库，甚至是麦克风传进来语音的指令做一个智能融合。我们现在可以说，智能芯片必须得支持几乎所有的智能应用。 比如说像典型视觉的、语音的、自然语音理解的，都要支持到。也有一些公司会做只支持一个语音或者只支持一个视频的、更加专用于一些细分领域的芯片。但是，它们目前在产业化方面会面临一些问题。因为功能简单的芯片，它的节省成本很敏感，对芯片行业来说难做到盈利。

数字超材料：超乎你的想象

本报记者 王握文 通讯员 毛元昊 朱晰然

在科幻电影中，那些具有超强本领的人被称为“超人”；在现实生活中，那些具有超强计算和处理能力的计算机被称为“超算”……

在五花八门的材料世界里，也有一种物理性质“超常”的特殊材料，叫做“超材料”。这种材料在自然界并不存在，是本世纪才出现的一种具有特殊性质的人造材料。它通过对某种材料的再加工，并在其表面或内部设计出特殊几何结构或排列方式，使其拥有天然材料所不具备的特殊性质。天然材料的性质是由其成分来决定的，超材料的“超常”性质则源自其后天的结构。

随着科技的进步，在超材料基础上还发展出数字超材料，或者叫数码编程设计的超材料。这是一种通过特定设计、打破传统规则结构、拥有奇异光学及声学特性的超材料。有了它，科幻乃至魔幻电影中的“隐身斗篷”“超级透镜”等奇思妙想也将加速变为现实，人们的生活将会因此而发生重大的改变。

“反常”疑问，催生新奇材料

原本自然界中不存在的超材料，是如何“无中生有”孕育出来的呢？

1968年，苏联理论物理学家菲斯拉格发现，光束由空气中斜射进入水中，入射光与折射光位居法线两侧。于是，他突发奇想：是否还有另一种介质，与上述现象相反，能让入射光与折射光位居法线同侧呢？

菲斯拉格的这个“反常”疑问，并非异想天开。从理论上讲，人们只需找到一种同时具有负介电常数和负磁导率材料，就能出现这一“反常”物理现象。只是当时没有开展实验验证，加之功能材料尚处于发展初期，菲斯拉格的这个大胆的科学猜想并未引起重视。

幸运的是，随着人们对电磁理论的深入理解和微纳加工工艺的快速发展，一种在微纳尺度上拥有周期结构的人造器件诞生了。它不仅在实验上实现了负介电常数、负磁导率等一切理论预言，更是让人们深刻地理解到：通过在多种物理结构上的设计，人们可以突破自然规律的限制，获得超常功能的“新物质”，即具有奇异功能的超材料。

超材料是材料设计思想上的一个跨越式重大创新，被誉为本世纪前10年的10项重要科学进展之一，已成为发掘材料新功能、引领产业新方向、突破稀缺资源瓶颈的有力手段。

创新永无止境。超材料方兴未艾，数字超材料又应运而生。2014年，我国东南大学研究团队首先提出了数码、电磁可编程的数字超材料概念。与拥有周期排布结构的超材料不同，它由若干个单元按照编码的方式排布，就好比给材料注入了活的“基因”，可由人们进行调控。而这些新型材料将会忠实地听从“指示”，实现所需的各种奇异功能。

超级“另类”，性能独树一帜

数字超材料的出现，实际上是现代信息工业与前沿物理领域相互结合的产物，它将“编码思维”融入了新型超材料的设计过程。在数字超材料中，不同的编码会带来不同的电磁响应，加之它又融入“材料基因”和“信息比特”的概念，数字超材料自然成了材料领域的超级“另类”，拥有了与众不同、独树一帜的性质和功能：

——结构新奇，颠覆认知。数字超材料结构超级“另类”，它既不同于天然材料依靠原子或分子结构来实现功能，又不同于传统超材料拥有规则的人工单元结构，而是完全采用数字编码的方式，凭借微纳加工技术注入的“材料基因”而拥有超常物理性质和“超能力”，其全新、奇异的结构完全颠覆了人们对物质构成的认知。目前，科学家们已经研制出具备自我修复能力的仿生塑料、将热电转化为可用电力的热电材料等“黑科技”产品。

——逆向设计，按需定制。数字超材料采用数字编码的方式设计，拥有十分广阔的设计自由度，可根据不同应用需求来实现“按需定制”。而基于“数字”的可编码特性，又能突破传统材料“正向求解”的设计方法，即根据各种约束条件，“从后向前”进行“逆向设计”，从而可有效解决传统设计中存在的限制和缺点。

——数字编码，实时可控。与传统的超材料相比，数字超材料的每个人工单元，可简化为“0”和“1”两种状态，通过调节“0”“1”两种单元的排列和组合，构建不同性质的组合单元，进而组装成整个材料，实现特定的功能。用“数字化”方式表征超材料物理特性，极大简化了超材料的设计流程，提高了材料设计的灵活度，扩大了对材料性质的调控范围。若将可编程门阵列控制系统加载在结构单元上，还可实现对数字超材料物理功能的实时控制。

军事应用，助推转型升级

超材料特别是数字超材料技术，是国际上重点关注的战略前沿技术，它为新一代信息技术、国防工业、新能源技术等领域带来了深刻变革。主要发达国家将其列为“六大颠覆性基础研究领域”之一，纷纷开展研发与应用。

随着高性能计算和微纳加工工艺的快速发展，数字超材料所展现的超常物理特性将带动航空航天、新型装备制造、人工智能等众多领域的突破性发展，应用范围将拓展到国民经济和国防建设各个方面。

在军事领域，数字超材料也显示出了广阔的应用前景：

——超材料天线可实现对电磁波调整接收和自动校准功能，拓展天线工作带宽、降低能耗，有效增强天线的聚焦性和方向性，从而提高移动通信容量和高速通信能力，提升军队信息化作战水平。

——利用数字电磁超材料对电磁波的实时调控能力，能实现战机、舰艇等武器装备的全天候、多气候条件下的电磁隐身、热隐身、光隐身和声隐身，增强其生存、突防能力。

——运用数字超材料制作的传感器，具有探测灵敏度高、战场适应性强、柔软性好等优势，将其用于下一代智能探测装置，可使武器装备拥有感应更加灵敏的“器官”和“皮肤”，优化并升级作战性能。

此外，数字超材料还在智能穿戴、侦察、高性能全光计算等领域也展现出广阔的应用前景，可为促进武器装备和部队训练的转型升级提供技术支撑。

上图为基于数字超材料的波长分束器示意图。

相关问答

博创科技属于半导体吗?

是半导体行业。因为博创科技是一家主要从事半导体芯片设计、验证及服务的企业,其主要产品包括数字信号处理器、通信网络处理器、图像处理器、高速接口芯片、...

fpga芯片要烧程序吗?

当然可以烧程序的啊,FPGA是“现场可编程门阵列”,PLC是“可编程逻辑控制器”。有点类似于:FPGA你想让它是什么,它就是什么,比如让他具有某个芯片的功能等;P...

想学plc，没学历怎么办?

你好,我是自动化专业毕业生,熟悉PLC控制,也从事过相关工作,下面结合我的一些经历给你几点建议吧,希望对你有用。PLC的学习最好有电路基础,我们要知道PLC最...

光纤阵列基板主要用于哪些方面?

主要用于平面光波导PLC,比如我们常见的光分路器等,目前V曹主要有石英和硅两种材质。主要用于平面光波导PLC,比如我们常见的光分路器等,目前V曹主要有石英和硅...

cpld和plc区别?

CPLD和PLC是两种不同的电子元件。它们在结构和功能上有所区别。1.CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)是一种可编程逻辑器件,通常由可编程逻辑阵列(P...

常用贴片IC芯片有哪些型号?

IC贴片:是贴片集成电路。主要包括SOP、SOJ、PLCC、LCCC、QFP、BGA、CSP、FC、MCM等。如:SOIC集成电路:尺寸规格:SOIC08,14,16,18,20,...

IC的封装测试中的封装产品中的各系列是什么意思?包括DIP/SIP...

[回答]1、BGA(ballgridarray)球形触点陈列,表面贴装型封装之一.在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚,在印刷基板的正面装配LSI芯...

uln驱动芯片作用?

ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。输入5VTTL电平,输出可达500mA/50V。UL...ULN...

分子鉴定技术发展历程?

分子诊断技术是指以DNA和RNA为诊断材料,用分子生物学技术通过检测基因的存在、缺陷或表达异常,从而对人体状态和疾病作出诊断的技术。其基本原理是检测DNA或RN...

PLC平面光波导线路工作原理是怎么样的?

(1)器件制作工艺复杂,技术门槛较高,目前芯片被国外几家公司垄断,国内能够大批量封装生产的企业有几家。(2)相对于熔融拉锥式分路器成本较高,特别在低通...(1...