陳云霽：努力做人工智能芯片領(lǐng)跑者

陳云霽在講解。施芳攝

在聯(lián)系近一周之后，陳云霽才擠出時間接受了采訪。見面時，他正忙著編程序，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。“最近一個科研項目要收尾，一直在忙，每天都搞不清楚是星期幾！”他笑著說，“但只要把研究當(dāng)成興趣，也不覺得累。”他曾獲得中國青年五四獎?wù)潞椭袊嗄昕萍吉劊痪们坝直皇谟枞珖逡粍趧营務(wù)隆?/p>

9歲上中學(xué)，14歲考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班，24歲取得中科院博士學(xué)位，29歲晉升為研究員，33歲榮獲中國青年科技獎……在外人看來，陳云霽是一個“彎道超車”的天才，他卻認(rèn)為科學(xué)研究沒有捷徑可走——“要在人工智能時代做出原始性創(chuàng)新，得下一番苦功夫”。

兒時喜歡玩街機(jī)，后來喜歡打“星際爭霸”等游戲，陳云霽漸漸對計算機(jī)產(chǎn)生了濃厚的興趣。大三時，陳云霽把計算機(jī)系所有實驗室的門敲了一遍，問是否接收本科生。最終，教計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的周學(xué)海教授所在的實驗室收下了他。在研發(fā)過程中，盡管做的都是些打下手的“雜活”，卻讓陳云霽感受到計算機(jī)的巨大魅力。

畢業(yè)在即，聽說中科院計算所開始研制國產(chǎn)通用處理器，他覺得，能參與國產(chǎn)通用處理器的研發(fā)，是一個光榮又難得的機(jī)會。

2002年，陳云霽如愿來到了中科院計算所，跟隨胡偉武研究員碩博連讀，成為當(dāng)時龍芯研發(fā)團(tuán)隊中最年輕的成員。

“一旦確立目標(biāo)，就要拼盡全力去實現(xiàn)它。”胡偉武經(jīng)常用小馬過河的故事給所里的年輕人打氣。憑借敢于探索、不怕失敗的信念，胡偉武團(tuán)隊成功開發(fā)了中國首款32位通用處理器——龍芯1號。

博士畢業(yè)后，陳云霽留在了計算所。2008年，25歲的陳云霽成為8核龍芯3號的主要架構(gòu)師。龍芯3號與龍芯1號、2號有所不同，已從單核發(fā)展到多核了。陳云霽對此有個形象比喻：“以前一桌菜給一桌客人吃，現(xiàn)在一桌菜要給8桌客人吃。”

陳云霽和同事們查閱了大量論文，但找不到現(xiàn)成的解決方法。在資源十分匱乏的條件下，邊干邊摸索，陳云霽提出訪存協(xié)處理器結(jié)構(gòu)，有效緩解了龍芯3B運算帶寬比問題;提出片上多核處理器的有界誤差全局時鐘理論，解決了多核處理器驗證和調(diào)試的一系列關(guān)鍵難題。

那年夏天，在中關(guān)村一間沒有空調(diào)的宿舍內(nèi)，陳云霽埋頭寫有關(guān)CPU架構(gòu)的論文。雖然揮汗如雨，但他內(nèi)心難掩對研究成果的期待。論文最終被作為體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域三大頂級會議之一的國際高性能計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)會議（HPCA）錄用，這也是HPCA歷史上第一篇第一作者來自中國大陸的論文。

陳天石是陳云霽的弟弟，本科也畢業(yè)于中科大少年班。2007年，他作為客座博士生從中科大來到了計算所。所不同的是，陳天石的研究方向是人工智能算法。一個做硬件、一個做軟件，兄弟倆決定聯(lián)手做人工智能和芯片設(shè)計的交叉研究。這源于他們年少時的一個想法：“做一個東西讓計算機(jī)更聰明，終極目標(biāo)像人一樣聰明。”

當(dāng)時，人工智能研究正處于低谷期，人工智能和芯片設(shè)計的交叉研究更不被業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可。學(xué)生擔(dān)憂：做完研究，發(fā)不出論文是不是沒法畢業(yè)？項目申請也不順利，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。熬夜更是家常便飯，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)頂級會議投稿，但都一一被拒。

“基礎(chǔ)研究者是孤獨的，很多時候不知道該往哪里走”，回憶起那段時光，陳云霽感觸很深，“困難一個接著一個，但問題解決之后的喜悅是常人無法體會的”。2014年，當(dāng)他們研制的國際上首個深度學(xué)習(xí)處理器芯片與電腦主板成功連接，能效是傳統(tǒng)芯片的近百倍，圓滿實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，陳云霽喜出望外，“踏踏實實睡了一覺，然后又開始下一個迭代”。

功夫不負(fù)有心人，陳云霽和法國Temam教授的合作成果在體系結(jié)構(gòu)頂級會議ASPLOS上，獲得“最佳論文獎”，這是亞洲首次、美國之外國家第二次獲得ASPLOS會議的最佳論文。他們的工作將以“DianNao”和“DaDianNao”中文拼音命名的深度學(xué)習(xí)處理器架構(gòu)帶到了計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的國際舞臺。參加國際會議時，陳云霽一遍遍地給外國同行糾正發(fā)音。“之前沒有中文發(fā)音的芯片，我們借此也傳播了中國文化。”他自豪地說。

5億年前，地球迎來一次生命大爆發(fā)，從而進(jìn)入了生命的新紀(jì)元，被稱為“寒武紀(jì)”。陳云霽團(tuán)隊把他們研制的“深度學(xué)習(xí)處理器芯片”命名為“寒武紀(jì)”，希望能開啟人工智能的新紀(jì)元。

“不要為了發(fā)論文而去一味追逐熱點，要努力去探索那些未來有前景、現(xiàn)在沒被關(guān)注的方向。”陳云霽經(jīng)常用自己的經(jīng)歷啟發(fā)學(xué)生。歷時10余年，深度學(xué)習(xí)處理器芯片已經(jīng)應(yīng)用在數(shù)千萬智能終端上，涉及智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、無人機(jī)和智能駕駛等多種場景。相關(guān)技術(shù)被《科學(xué)》評價為深度學(xué)習(xí)處理器的“開創(chuàng)性進(jìn)展”，榮獲國家自然科學(xué)二等獎。

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代的生態(tài)布局。“開發(fā)芯片的同時，我們提出了一種與通用計算完全不同的指令集。”陳云霽解釋，指令集就是電腦硬件與軟件之間互相“對話”的語言，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)——這讓任何后來者難以在傳統(tǒng)信息產(chǎn)業(yè)中做大做強(qiáng)。

“我們原來在這方面幾乎沒有發(fā)言權(quán)，但智能時代給了一個機(jī)會。”陳云霽說，“我們已經(jīng)邁出第一步，未來或許能夠建立起開放共贏的信息產(chǎn)業(yè)新生態(tài)”。

中科院杰出科技成就獎、中國計算機(jī)學(xué)會科學(xué)技術(shù)一等獎、全國創(chuàng)新爭先獎……近年來，陳云霽陸續(xù)獲得各種獎勵，但他絲毫不敢松懈：“芯片研發(fā)是一個日新月異的領(lǐng)域，我們有先發(fā)優(yōu)勢，并不意味著能永遠(yuǎn)沖在前面。必須加倍努力，才能引領(lǐng)國際智能芯片的發(fā)展。”

目前，陳云霽正帶領(lǐng)團(tuán)隊全力攻克處理器設(shè)計的共性技術(shù)壁壘。“一個人生命中最大的幸運，莫過于在他的人生中途，年富力強(qiáng)的時候，發(fā)現(xiàn)了自己的使命。”陳云霽喜歡引用茨威格在《人類群星閃耀時》里寫的這段話。“能把興趣和工作結(jié)合在一起，我感覺特別幸運。”他說。