挑戰(zhàn)鑄就中國芯——記中國工程院院士鄧中翰

文 胡玉枝（北京）

在國家工信部（原信息產業(yè)部）的直接領導下，在財政部、科技部、國家發(fā)改委等有關部門的支持下，鄧中翰在北京中關村承擔并啟動了國家“星光中國芯工程”，擔任工程總指揮，開啟了回國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的新歷程。

什么是我國每年進口額最高的物資？這恐怕很多人都不清楚。

“每年我國進口的最大物資不是石油天然氣，也不是糧食，而是芯片。據(jù)了解，每年我國芯片的進口額多達兩千多億美元，折合一萬多億人民幣。而芯片安全，關乎著信息安全、國家安全，核心技術無法從國外購買，只能依靠自主創(chuàng)新。”一語驚醒國人的，是在2018年全國“兩會”中當選第十三屆全國政協(xié)委員的鄧中翰。

鄧中翰，中國工程院院士，第十三屆全國政協(xié)委員，第十三屆全國政協(xié)教科衛(wèi)體專委會委員，歐美同學會副會長，“星光中國芯工程”總指揮，數(shù)字多媒體芯片技術國家重點實驗室主任，中星微集團首席科學家。他本科畢業(yè)于中國科技大學，后留學美國加州大學伯克利分校，獲電子工程學博士、物理學碩士和經濟學碩士學位。

1999年10月，鄧中翰應邀回國參加建國50周年國慶觀禮，并受到了黨和國家領導人的親切接見和殷切召喚。為了祖國集成電路事業(yè)的起步，鄧中翰毅然放棄了在美國的成功事業(yè)和優(yōu)裕生活。在國家工信部（原信息產業(yè)部）的直接領導下，在財政部、科技部、國家發(fā)改委等有關部門的支持下，鄧中翰在北京中關村承擔并啟動了國家“星光中國芯工程”，擔任工程總指揮，開啟了回國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的新歷程。

回國創(chuàng)業(yè)滿載榮譽，為國效力不忘初心

作為“星光中國芯工程”總指揮，鄧中翰多年來一直在一線帶領團隊進行超大規(guī)模集成電路芯片的研發(fā)設計產業(yè)化工作，成功組建了芯片技術國家重點實驗室，積極探索并引入硅谷機制，創(chuàng)建了中星微電子公司，吸引了逾百位優(yōu)秀海外留學人員回國工作。

經過艱苦努力，鄧中翰帶領團隊取得了數(shù)據(jù)驅動并行計算架構等十五大核心技術的重大突破，申請了3000多項國內外專利，成功開發(fā)了全球第一款應用于個人計算機圖像輸入處理的單晶片、高性能、低功耗超大規(guī)模集成電路，這是我國第一個大規(guī)模打入國際市場的“中國芯”，占據(jù)了該領域全球60%以上的市場，市場份額位居第一，被蘋果、三星、惠普、索尼、LG、聯(lián)想、華為等科技巨頭采用，并榮獲2004年“國家科技進步一等獎”。

2005年，中星微國際公司成為我國第一家在美國納斯達克上市的芯片設計核心技術企業(yè)，并榮獲全球半導體設計協(xié)會年度大獎。

在“星光中國芯工程”成立十周年之際，黨和國家領導人發(fā)來賀信：“你和你的同事們懷著赤子之心、報國之志，十年拼搏，自主創(chuàng)新，打破了國外芯片產品的壟斷地位，使我國集成電路芯片第一次在一個重要應用領域占有一席之地，在國際上徹底結束了中國無‘芯’的歷史。在你們創(chuàng)業(yè)十周年之際，謹向你們表示熱烈祝賀！望你們從新的歷史起點出發(fā)，再創(chuàng)新的輝煌。”鄧中翰也因在“星光中國芯工程”中的工作成績成為全國勞動模范，并于2009年當選為中國工程院歷史上最年輕的院士。

多年來，鄧中翰為國家和社會的改革、建設、發(fā)展發(fā)揮了積極的作用。他兼任了第十三屆全國政協(xié)委員，第十三屆全國政協(xié)教科衛(wèi)體專委會委員，第十一屆和十二屆全國人大代表，第十二屆全國人大教科文衛(wèi)委員，第八屆中國科協(xié)副主席，第十一屆全國青聯(lián)副主席，歐美同學會副會長，全國音視頻及多媒體系統(tǒng)與設備標準化技術委員會副主任委員等職務，在組織安排下，先后參加了中共中央黨校、井岡山干部學院、延安干部學院等培訓班。多次受到習近平同志的親切接見。

對已經滿載榮譽的鄧中翰來說，為國家的實際需要貢獻出自己的智慧和專業(yè)能力，是矢志不渝的追求。

2012年，他帶領“星光中國芯工程”團隊承擔國家物聯(lián)網(wǎng)領域的攻關任務，為國家電網(wǎng)大范圍解決南方冰雪災害治理與預防問題發(fā)揮了關鍵作用，并藉此于2013年再次帶領團隊榮獲“國家科技進步一等獎”。

攻關自主可控技術標準，維護國家信息安全

為保障國家信息安全，鄧中翰帶領“星光中國芯工程”團隊與公安部第一研究所作為聯(lián)合組長單位牽頭攻關，先后推出兩代具有我國自主知識產權、技術達到國際領先水平的SVAC國家標準（國標號：GB/T 25724-2010、GB/T 25724-2017）和公共安全視頻聯(lián)網(wǎng)技術國家強制標準（國標號：GB 35114-2010、GB 35114-2017），以及多次迭代的基礎編解碼芯片，搭建起我國自主可控的從芯片、算法、終端設備、系統(tǒng)平臺到整體解決方案的安防產業(yè)鏈，為更好地保障國家安全、公共安全和信息安全做出了基礎性、戰(zhàn)略性貢獻，為全面建成“全域覆蓋、全網(wǎng)共享、全時可用、全程可控”的公共安全視頻信息網(wǎng)絡奠定了堅實的技術基礎。

習近平總書記多次強調，關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。只有把關鍵核心技術掌握在自己手中，才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全和其他安全。

“公共安全視頻信息的傳輸，要像國家電網(wǎng)一樣沒有后門，否則損失不可估量。”鄧中翰說，SVAC國家標準具有自主知識產權，采用我國自主核心編解碼芯片，沒有可被國外控制的“后門”、不受制于人，確保自主可控。“星光中國芯工程”堅決不用國外專利，在很長時間中自主研發(fā)，因而承擔“星光中國芯工程”的中星微能夠在2005年NASDAQ上市后，經歷國際市場的考驗，十多年間沒有專利、知識產權糾紛。

深耕視覺圖像處理人工智能芯片

鄧中翰深知，視覺是人類最大的信息采集通道，83%的人類信息是通過視覺獲得的，同理適用于人工智能的信息采集。通過圖像感知獲得的數(shù)據(jù)，是人工智能進行學習和推斷的基礎，也是最難結構化獲取的數(shù)據(jù)。而公共安全視頻信息處理是大數(shù)據(jù)最好的試驗場，是公認的人工智能落地最快的場景，是我國在人工智能及人工智能芯片技術上“領跑”的無人地帶和突破口。

在升級版的SVAC 2.0國家標準對視頻圖像數(shù)據(jù)編解碼核心芯片的智能化提出更高性能要求的指引下，鄧中翰帶領“星光中國芯工程”在視覺圖像處理人工智能芯片領域展開扎實的研發(fā)工作。

2016年6月，“星光中國芯工程”團隊發(fā)布了全球首顆具備深度學習人工智能的嵌入式神經網(wǎng)絡處理器（NPU），命名為“星光智能一號”，并成功實現(xiàn)量產。該芯片擁有深度學習能力，采用數(shù)據(jù)驅動并行計算架構，而非傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構。鄧中翰在讀博士時期就提出采用這種新的架構，并將其應用在后來的很多產品中。這種采用數(shù)據(jù)流（Dataflow）架構的處理器，提升了計算能力與功耗比。高效率的數(shù)據(jù)組織、共享和搬移方式，適合神經網(wǎng)絡的大量數(shù)據(jù)的算法特點，同時還支持級聯(lián)方式，可以滿足復雜的運算需求。另外，還針對神經網(wǎng)絡架構進行優(yōu)化，可以靈活配置網(wǎng)絡結構，支持AlexNet、GoogleNet等幾類神經網(wǎng)絡，支持Caffe算法和Tensor Flow等主流深度學習軟件開發(fā)框架，適應了大數(shù)據(jù)時代的需求。在“星光中國芯工程”的十五大核心技術中，第一個就是數(shù)據(jù)驅動并行計算架構技術。

2018年11月，鄧中翰帶領“星光中國芯工程”團隊打造的最新人工智能芯片成果——“星光智能二號”，獲評在第五屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會進行成果展示。

“星光智能二號”嵌入式神經網(wǎng)絡處理器（NPU-II），采用數(shù)據(jù)驅動并行計算的深度學習神經網(wǎng)絡算法架構，產品運算性能高、功耗低、形狀因子小，峰值運算能力達到1TMac/s，運算頻率最高可達1Ghz，運算單元數(shù)量是第一代NPU的8倍,兼具大數(shù)據(jù)深度學習和小數(shù)據(jù)樣本學習能力，集成了圖像處理單元和數(shù)據(jù)加密/解密模塊，完美滿足公共安全SVAC 2.0國家標準（GB/T 25724-2017）的技術要求，可廣泛使用在智能家居系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、無人值守系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)、無人作戰(zhàn)裝備等領域。同月，“星光智能二號”人工智能芯片還榮獲由EE Times主辦的全球雙峰會頒發(fā)的“2018全球電子成就獎最佳處理器產品獎”。

“新一代星光智能中國芯”輪廓正在變得清晰

當前，業(yè)界專家普遍認為，半導體制造工藝已逼近香農定理、摩爾定律的極限，而應對大流量、低延時處理需求的新理論有待研究。

如果在后摩爾定律時代，繼續(xù)提升芯片性能，滿足在更短時間內處理海量數(shù)據(jù)的需求，也是鄧中翰時刻思考的問題。在鄧中翰的腦海中，始終縈繞著如何兼顧大數(shù)據(jù)應用場景及小數(shù)據(jù)應用場景，如何以單芯片兼顧抽象邏輯思維模式與具象思維模式，如何同時處理規(guī)則驅動的傳統(tǒng)智能算法以及數(shù)據(jù)驅動的深度學習算法，如何在后摩爾定律時代繼續(xù)提升性能功耗比等推動芯片技術持續(xù)發(fā)展的重要問題。

對于這些問題，鄧中翰已經有了初步的解決思路。

他透露，“星光中國芯工程”團隊將在信息處理的方法與芯片架構上進行創(chuàng)新，從過去利用CPU/DSP進行傳統(tǒng)算法的運算，到目前用NPU進行深度學習運算，再到未來利用“多核異構智能處理器”進行多模式的算法運算，包括邏輯推理、規(guī)則驅動的算法、數(shù)據(jù)驅動的算法。通過算法與處理器架構的改進，不斷提升性能/功耗比，從而延續(xù)摩爾定律的生命周期。

談到今后的研究方向，鄧中翰說，他將帶領“星光中國芯工程”團隊開展“多核異構人工智能處理器”的研究，為在后摩爾定律時代不斷提升信息處理能力探索一條行之有效的自主創(chuàng)新之路，早日打造出更加接近生物人腦工作機理、更低功耗、更高運算性能的“新一代星光智能中國芯”。